颠覆传统的吸附技术!新型纳米碳材料助力高效去除PFAS

文摘   2024-10-06 09:55   云南  
点击蓝字,
 
PFAS热点研究早知道


第一作者:Mongkol Tipplook


通讯作者:Katsuya Teshima


通讯单位:信州大学



中文标题:阳离子掺杂纳米碳用于增强全氟烷基物质去除:奇异的自下而上的溶液等离子体合成与表征.

英文标题:Cation-Doped Nanocarbons for Enhanced Perfluoroalkyl Substance Removal: Exotic Bottom-Up Solution Plasma Synthesis and Characterization.

摘要详文

全氟烷基物质(PFAS),例如全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA),是水生环境中广泛存在的普遍有机污染物,对人类和野生动物构成重大健康风险。由于其持久性,有必要紧急清除。传统吸附剂在去除 PFOS 和 PFOA 方面效率低下,凸显了对替代材料的需求。在此,我们提出了一种使用溶液等离子体工艺合成季铵阳离子掺杂碳纳米粒子(QACN)的方法,以有效去除 PFOS 和 PFOA。QACN是通过非平衡等离子体在苯和氯化吡啶界面处的一步放电同时形成的。所得材料表现出高表面电荷和增强的亲水性以及无孔性质的无定形结构,包括具有不确定形状的纳米颗粒。所得吸附剂表现出较高的吸附效率和稳定性,分别吸附了998.45和889.37 mg g –1的PFOS和PFOA,超过了传统碳基吸附剂的效率(80.89–313.15 mg g –1 )。吸附性能取决于吸附剂用量、溶液 pH 值和共存离子种类。吸附研究,包括吸附动力学、等温线和热力学,表明全氟辛烷磺酸和全氟辛酸被化学吸附到 QACN 表面,吸热且自发地形成多层。实验和计算分析表明,吸附主要通过 PFAS 活性位点和碳骨架中季铵基团之间的电子相互作用发生。阐明了吸附剂上 PFOS 和 PFOA 氟碳链的吸附潜力稍低。此外,吸附剂在溶液中的分散性显着影响吸附性能。这些发现凸显了本研究中提出的新型合成方法的潜力,为开发用于环境修复的高效碳吸附剂提供了途径。

图文摘要


图文速览

图 1. (a) ζ 电位、(b) 分散性、(c) 接触角、(d) FTIR 光谱、(e) 测量 XPS 光谱、(f) C 1s 的高分辨率 XPS 光谱、(g) N 1s 的高分辨率 XPS 光谱和 (h) 合成碳的 Cl 2p 的高分辨率 XPS 光谱。



图 2. (a)TEM 和(b)FE-SEM 图像、(c)XRD 图案、以及(d)合成碳的 N2 吸附-解吸等温线。


图3. (a)吸附剂用量、(b)溶液pH值、(c)共存离子对去除程度的影响。(d)PFOS和(e)PFOA吸附容量比较.


图 4. (a) 乙醇和 0.01 M NaCl 混合物中 PFOA 和 PFOS 的解吸情况,(b) QACN 用于去除 PFOS 的可重复使用性,以及 (c) QACN 用于去除 PFOA 的可重复使用性。

主要发现

本研究的创新之处在于首次提出了使用等离子体溶液过程在液体界面生成阳离子掺杂碳材料的简单一步法,并验证了该材料在去除顽固全氟化合物(PFOS和PFOA)方面的高效性。相比传统的碳基吸附剂(吸附容量在80-313 mg/g之间),该方法合成的QACN对PFOS和PFOA的吸附容量分别达到了998.45 mg/g和889.37 mg/g。通过实验和密度泛函理论(DFT)计算,研究表明这种增强的吸附性能主要来源于材料中引入的季铵阳离子,这些阳离子提供了强吸引力,与PFOS和PFOA分子中的负性位点形成了稳定的化学键。此外,研究还发现QACN的良好分散性有助于增加其与污染物之间的接触机会,从而进一步提升了吸附效率。这些发现为开发高效、简单、绿色的环境修复吸附材料提供了新的技术路径。


文章DOI:10.1021/acsami.4c08925
(论文详情,请点击阅读原文)

The End


声明:

本公众号仅分享PFAS相关研究进展成果,无商业用途。如有涉及侵权,请立即联系公众号后台或发送邮箱,我们会及时修订或删除!欢迎投稿或合作!


邮箱:pfas2022@163.com






PFAS与环境
分享PFAS在环境领域的行为特征及生态风险等相关科研成果
 最新文章