重复利用关键技术:揭示高效再生阴离子交换树脂处理PFAS污染水体

文摘   2024-09-25 13:55   陕西  
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PFAS热点研究早知道


第一作者:Anderson C. Ellis


通讯作者:Timothy J. Strathmann



中文标题:用于处理 PFAS 污染水的传统和新兴 PFAS 选择性阴离子交换树脂的再生。

英文标题:Regeneration of conventional and emerging PFAS-selective anion exchange resins used to treat PFAS-contaminated waters.

摘要详文

阴离子交换树脂(AER)因其优于传统活性炭吸附剂的选择性和容量,已成为处理全氟烷基物质(PFAS)污染水体的前景技术。本研究全面评估了“可再生”与“PFAS选择性”两类AER在处理受PFAS污染的地下水中的再生潜力。结果显示,通过使用盐水和有机共溶剂的混合物,两种树脂均可有效再生,尤其是PFAS选择性AER,需要高比例的共溶剂。此外,再生效率受到盐类型和共溶剂成分的影响,其中氯化盐和高度非极性溶液表现出较好的PFAS解吸性能。连续流再生实验表明,可再生AER可以使用较低比例的甲醇盐水(70%)快速实现PFAS的几乎完全解吸,而PFAS选择性树脂则需更多的床体积和更高比例的甲醇(90%)或更疏水的共溶剂如正丙醇。实验还发现,增加再生剂的空床接触时间对PFAS的解吸影响甚微。关键的再生剂混合物通过蒸馏可以回收超过90%的甲醇,且PFAS污染可忽略,留下的少量PFAS浓缩废物可以进行进一步处理。生命周期分析揭示,与传统的可再生AER系统相比,使用PFAS选择性AER并采用可再生模式进行地下水处理,不仅环境影响更小,而且处理成本也更低。这一发现有助于推动PFAS污染水体处理技术的可持续发展,为高效回收和再利用树脂提供了实用方案,同时显著减少了处理过程中产生的废物。

图文摘要



图文速览

图 1. 在 24 小时批量实验中与各种再生溶液添加剂混合后,现场中试树脂 (PFA694E) 中的 PFAS 解吸情况。显示使用 (A) 仅溶剂和仅盐水再生溶液、(B) 含表面活性剂、螯合剂和疏水性阳离子改良剂的盐水(均含 1% NaCl)、(C) 共溶剂 + 盐水溶液(均含 1% NaCl)和 (D) 共溶剂 + 盐水溶液(均使用 70% MeOH)进行树脂再生的数据。



图 2. 使用 70% MeOH、1 wt% NaCl 从 (A) PFA694E 和 (B) A520E 中对 PFAS 进行时间解吸,以及 (C) 两种树脂的累积 PFAS 解吸百分比。


图 3. 使用 (A) 不同的 AER 处理方案通过危险废物焚烧处理含有 PFAS 的残留物,以及 (B) 使用 PFAS 选择性 AER(带再生)处理时产生的含有 PFAS 的残留物的不同处置方案估算的生命周期环境影响和成本。


图 4. 在平衡批量实验中观察到不同再生剂溶液具有不同介电常数的 PFAS 解吸。所有溶液均按其在水溶液中的体积百分比列出(例如,70% 甲醇和 30% 水),所有溶液均含有 1 wt% NaCl。

主要发现

本研究创新点在于系统地评估了多种再生剂组分对PFAS污染水处理中使用的阴离子交换树脂的再生效果。特别是对于那些市场上被标记为单次使用的PFAS选择性树脂,研究展示了通过适当的再生剂配方和过程配置,这些树脂同样可以被有效再生使用,这在以往的研究中鲜有报道。此外,文献中对连续流再生实验显示,即使是对于高选择性的树脂,通过调整再生剂的组成也能实现近乎完全的PFAS去除,显著降低了环境影响和处理成本。这些发现不仅为PFAS污染的水体处理提供了更可持续的技术路径,也为处理其他难降解污染物提供了参考。


文章DOI:10.1016/j.seppur.2024.129789
(论文详情,请点击阅读原文)

The End


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