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张博翔团队在烧结水滑石处理永久性有机污染物-全氟辛烷磺酸取得新进展

日期:2020-11-18 点击数: 来源:

近日,国际地学领域权威期刊《应用黏土科学》(Applied Clay Science)刊登了全球环境变化研究院张博翔老师团队的论文“烧结水滑石以增强对水中全氟辛烷磺酸的去除”(Calcination of hydrotalcite to enhance the removal of perfluorooctane sulfonate from water)。西安交通大学金沙官网手机版为第一署名单位,张博翔老师为第一作者。该工作得到西安交通大学新教师科研启动费项目的支持。该研究发现烧结水滑石(CHT)可以去除相当于CHT总量140%的全氟辛烷磺酸。去除速度快,初始速率为33000 mg/g-h,30分钟即可达到平衡。同时该项研究的发现可以对高温技术在有机阴离子污染水环境修复中的实际应用提供使修复效率增大的理论支持。

全氟辛烷磺酸盐(perfluorooctane sulfonates, PFOS)的化学稳定性及其广泛的生产和使用,已造成严重的环境累积和污染,成为继有机氯农药、戴奥辛之后引起高度重视的新型持久性有机污染物。不仅如此,PFOS对生态环境的污染和人体健康的潜在危害,已经成为环境科学和毒理学的研究热点,尤其对生态环境的影响备受国际社会关注。针对PFOS的污染物,虽有少数移除的方法被实现,但是效率不高。因此,如何快速有效的去除和适当的处理全氟辛烷磺酸盐(perfluorooctane sulfonates, PFOS)将是一个研究的难点。虽然现有的移除方法,阴离子交换树酯、非离子型树酯等均可以达到快速吸附去除。但是,其材料十分昂贵,因此,需要研究更佳的吸附剂材料,既可以低成本又可以高效率的移除PFOS污染物。

(a)烧结水滑石第一次吸附500 mg/L的PFOS后的SEM影像以及(b)EDS成分分析图谱,氟和硫元素成分表明了PFOS被成功吸附在烧结水滑石上。(c)和(d)分别为将(a)图的烧结水滑石再次烧结到600度后的SEM和EDS成分分析图谱,可以看出没有氟和硫元素存在,表征PFOS已高温崩解从烧结水滑石上被移除。(e)和(f)为将(c)图的烧结水滑石再次吸附500 mg/L的PFOS后的SEM影像以及EDS成分分析图谱,(e)仍可见层状结构,EDS图谱再次出现氟和硫元素成分,表征再次吸附成功,可见水滑石具备再生能力,为一良好可重复使用的材料。

针对现有技术中存在的问题,张博翔老师团队合成了一种水滑石,该水滑石不但成本低,而且对PFOS污染物的去除效率高,解决了处理全氟辛烷磺酸盐(PFOS)的两大难题。并与2020年10月9日发表发明专利《一种水滑石及其制备方法和水滑石在吸附水体里PFOS污染物中的应用》,专利号【201910798396.1】。该发明专利阐述了该高效吸附的水滑石的制备方法和其在吸附PFOS的应用。同时该团队研究发现全氟辛烷磺酸最初是在CHT的外表面被吸附的,随着装载水平的增加,全氟辛烷磺酸的嵌入导致结构从3R多型变为1层堆叠结构。通过XRD、热重分析仪和傅里叶变换红外光谱分析证实了全氟辛烷磺酸的插层作用,插层作用使全氟辛烷磺酸的分解温度从513℃降低到443℃。在450℃下再次烧结后,废CHT可以再生以达到相同的效果。

CHT、回收的HT、具有不同全氟辛烷磺酸初始浓度的CHT以及

接触500mg/L全氟辛烷磺酸的RCHT的XRD图谱。

HT夹层空间中嵌入的全氟辛烷磺酸分子的双层结构示意图。

值得强调的是,本发明水滑石合成简易、热稳定性高、易取得、结构记忆效应、层间阴离子的可逆交换性等特性,因此不仅可以实现利用低成本材料展现(1)高经济实用;(2)快速吸附;(3)高吸附效果的多重目的,而且在工业或家庭废水处理过程中能达到(1)零温室气体排放;(2)对环境不产生热能;(3)对环境无二次污染等正面影响。此外,本材料仍着重在环境的治理,对PFOS污染物而言,相较于其他移除技术或吸附剂,本材料的低环境冲击、高吸附效果、快速吸附速率等特性使其有卓越的应用性和发展的前瞻性。

论文链接:http://apps.webofknowledge.com/full_record.do?product=UA&search_mode=GeneralSearch&qid=1&SID=8FXWN86CXmKgYjfY6F8&page=1&doc=1


文字:张博翔

编辑:汪毅香

 

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