一种高效处理水体中全氟化合物的方法

本发明涉及水净化，特别的涉及一种基于电活性碳毡吸附/脱附全氟化合物的方法。

背景技术：

1、全氟化合物(pfas)是一类人工合成的有机化合物，因其良好的稳定性和耐化学性在工业和消费品中应用广泛，因而其广泛存在于各种环境介质中。由于其具有较强的生物毒性和一定的生物积累性，对生态环境的污染日益凸显，严重影响人类的正常生产生活。

2、目前，去除水体中全氟化合物的方法，主要包括：1、微生物法：利用微生物降解能力分解全氟化合物；2、高级氧化法：通过氧化剂的作用，将全氟化合物转化为无害的物质；3、膜技术法：通过将全氟化合物截留实现去除；4、吸附法：利用比表面积较大、活性点位较多的吸附剂将污染物吸附去除。例如cn202210812009.7公开一种高效富集水体中全氟化合物的界面吸附方法，将含有全氟化合物的污染水体、长碳链阳离子型表面活性剂和正己烷混合，得到含全氟化合物和阳离子型表面活性剂的水相与正己烷相的油－水混合物，混合物静置吸附。在正己烷-水界面上引入长碳链阳离子型表面活性剂，使阳离子型表面活性剂与阴离子型pfcs通过静电作用紧密结合，从而构建了一个具有吸电子能力的活性界面，实现了pfcs在界面上的高效富集去除。但是，上述方法存在不同的缺陷，例如：微生物法耗时长且反应过程存在不可控性；高级氧化法在处理过程中可能产生有害副产物，造成二次污染；膜技术法存在膜污染的问题，需要定期清理或更换；吸附法因操作简单、无副产物或废物生成、可处理高浓度废水的优点应用广泛，但当吸附剂达到最大吸附容量时便不再发挥吸附作用；而传统吸附方法存在吸附作用时间长、脱附效率低的问题。

3、cn202111535882.8公开一种全氟化合物废水的电化学深度处理装置，包括电化学单元和过滤单元，所述电化学单元包括依次连接的电催化池和电絮凝池，所述电催化池与所述电絮凝池之间设有止回阀，所述电催化池和所述电絮凝池分别通过导线电连接有外接电源一和外接电源二，所述外接电源一通过导线分别与所述电催化池内的阳极电极和阴极电极连接，所述外接电源二通过导线分别与所述电絮凝池内的阳极电极和阴极电极连接，所述电催化池的外端设置有进水管。但是，其存在如下不足：1、能耗较高，电化学处理过程通常需要持续的电能供应，电催化和电絮凝两个独立的电化学反应单元可能导致整体能耗较高，从而增加运行成本。2、副产物的产生，在电催化和电絮凝过程中，可能产生一些副产物，这些副产物如果不加以控制或进一步处理，可能会引发二次污染。3、电极腐蚀问题，电极材料在长时间使用过程中可能会发生腐蚀，降低处理效率并需要频繁更换电极，从而增加维护和操作成本。

4、综上，现有去除全氟化合物的技术存在效果不佳、效率不高、二次污染或成本较高等问题；因此，如何解决上述技术问题是本领域技术人员迫在眉睫的课题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种高效处理水体中全氟化合物的方法，解决现有的水中全氟化合物去处效果差、成本较高等问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，在外加电场条件下，采用碳电极作阳极吸附水体中的全氟化合物，铂、钛-铱或石墨等常见高电化学性能材料作为阳极；在外加电场条件下，将吸附有全氟化合物的碳材料作阴极，脱附碳材料上的全氟化合物于水体中，铂、钛-铱或石墨等常见高电化学性能材料作为阳极。

4、进一步，具体包括如下步骤：

5、(1)对碳材料材料进行预处理；

6、(2)将经过预处理的碳材料固定在电极柱上，放入含有全氟化合物污水的反应器中；

7、(3)对碳材料外加阳极电场，并投入适量的电解质使电导率为0.01-100s/m，若不足需额外投加电解质，使其快速吸附全氟辛酸化合物；

8、(4)排出反应器处理后的污水，另加入少量的污水，根据污水电导率投加适量电解质；之后反转电源电极，给碳材料外加阴极电场，使碳材料上的全氟化合物脱附下来，以便重复使用。

9、进一步，所述全氟化合物污水中，其全氟化合物包括全氟羧酸类(pfcas)、全氟磺酸类(pfsas)、全氟磺酸盐类(pfass)以及全氟调聚物类。

10、进一步，所述碳材料包括粉末活性炭、颗粒活性炭、蜂窝状活性炭和纤维状活性炭一种或多种活性炭材料，或以上一种或多种活性炭材料的改性活性炭材料。

11、进一步，所述步骤(1)的预处理为，碳材料在0.1mm naoh溶液中煮沸1小时，并在使用前用去离子水和甲醇反复冲洗以去除杂质。

12、进一步，所述步骤(3)中所述外加阳极电场的电流密度为0.1～30a/m2，电压不高于2.5v。所述阴极电场的电流密度0.01～1a/m2，电压范围2.5～5v。

13、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

14、1、本发明创造性的提出采用外加电场的活性碳电极吸附/脱附水中全氟化合物方法，在外加电场条件下采用碳电极作阳极，吸附全氟化合物(以全氟辛酸为污染物)；然后，将碳材料作阴极，脱附碳电极上的全氟化合物于水中，以使碳材料可以重复使用。通过外加电场，带负电的全氟化合物向阳极迁移，被碳极吸附。相比于普通的吸附、微过滤方法，本发明电场作用可提高活性炭对全氟化合物的吸附速率，增加碳电极的吸附容量，并且碳电极可通过施加反向电压实现再生。

15、2、本发明在外加电场作用下，利用碳电极吸附/脱附水中全氟化合物时不需要额外添加化学试剂，具有操作简单和环境友好特性，且碳电极脱附后可再生使用，降低成本问题，有利于实际应用。

16、3、本发明整个流程即完成了对水中全氟化合物的快速浓缩回收。与传统的物理吸附方法相比，这种电化学吸附/脱附过程可以更有效的去除水中的全氟化合物，同时实现活性炭的重复利用与全氟化合物的回收，减少了对活性炭的消耗和处理成本。该技术具有广泛的应用前景，尤其适用于饮用水处理、工业废水处理以及环境修复等领域。

17、4、本发明电极材料无论采用活性炭，碳气凝胶还是碳纳米管，都能实现对全氟化合物的吸附和清洁电能控制下的高效再生，适用性较广。

技术特征：

1.一种高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，在外加电场条件下，采用碳电极作阳极吸附水体中的全氟化合物，铂作为阴极；在外加电场条件下，将吸附有全氟化合物的碳材料作阴极，脱附碳材料上的全氟化合物于水体中，铂作为阳极。

2.根据权利要求1所述高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，所述铂可以为钛、钌-铱或石墨高电化学性能材料替换。

4.根据权利要求2所述高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，所述全氟化合物污水中，其全氟化合物包括全氟羧酸类（pfcas）、全氟磺酸类（pfsas）、全氟磺酸盐类（pfass）以及全氟调聚物类。

5.根据权利要求2所述高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，所述碳材料包括粉末活性炭、颗粒活性炭、蜂窝状活性炭和纤维状活性炭一种或多种活性炭材料，或以上一种或多种活性炭材料的改性活性炭材料。

6.根据权利要求2所述高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，所述步骤（1）的预处理为，碳材料在0.1 mm naoh溶液中煮沸1小时，并在使用前用去离子水和甲醇反复冲洗以去除杂质。

7.根据权利要求2所述高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，所述步骤（3）

8.根据权利要求2所述高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，所述阴极电场的电流密度0.01～1 a/m2，电压范围2.5～5 v。

9.根据权利要求2所述高效处理水体中全氟化合物的方法，其特征在于，所述另加入少量的污水，污水含有电解质使电导率为0.01-100 s/m，若不足需额外投加电解质。

技术总结本发明公开一种高效处理水体中全氟化合物的方法，在外加电场条件下，采用碳电极作阳极吸附水体中的全氟化合物；在外加电场条件下，将吸附有全氟化合物的碳材料作阴极，脱附碳材料上的全氟化合物于水体中。相比于传统的处理方法可提高活性碳对全氟化合物的吸附速率，增加碳电极的吸附容量，并且碳电极可通过施加反向电压实现再生。与传统的物理吸附方法相比，这种电化学吸附/脱附过程可以更有效的去除水中的全氟化合物，同时实现活性炭的重复利用与全氟化合物的回收，减少了对活性炭的消耗和处理成本。该技术具有广泛的应用前景，尤其适用于饮用水处理、工业废水处理以及环境修复等领域。技术研发人员：赵纯,张键,杨昂立,许岐斌,李静,张宾山,王磊,石波受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12