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紫外/亚硫酸盐高级还原体系降解工业废水中全氟化合物(PFASs)

文章出处:人气: 发表时间:2021-03-17 00:00

  全氟和多氟烷基物质(PFASs)因其极端的C-F键键能和化学惰性,被冠以“永久化学品”之名。工业废水和消防泡沫废水中常含有高浓度的PFASs。传统的高级氧化技术(·OH、SO₄·⁻)因其强亲电子特性,对已经高度氧化的全氟化合物分子(尤其是全氟羧酸)几乎无效。然而,水合电子(e⁻_aq)却是自然界中最强的亲核还原剂之一,其标准还原电位高达-2.9V。它能够选择性地攻击PFASs分子骨架中强电负性的氟原子,通过还原脱氟机制将其降解。紫外/亚硫酸盐(UV/SO₃²⁻)是一种高效的产水合电子体系。在紫外光照射下,亚硫酸根发生光解,产生水合电子和亚硫酸根自由基。

  本研究选用PFOA和PFOS作为模型污染物。在254nm UV照射和Na₂SO₃投加量10mM、pH 10的条件下,该体系对初始浓度各为20mg/L的PFOA和PFOS展现了极快的降解速率,表观速率常数分别达0.12min⁻¹和0.09min⁻¹。随着反应的进行,溶液中的游离氟离子(F⁻)浓度持续升高,最终脱氟率达到60%以上。自由基淬灭实验证实,水合电子是导致PFASs降解和脱氟的绝对主导活性物种。水中溶解氧的清除和维持碱性pH是确保水合电子稳定存在的关键。LC-MS/MS分析检测到了C-F键逐个断裂、碳链依次缩短的一系列短链全氟羧酸中间体,完美地印证了“逐级脱氟加羧基”的经典水合电子还原路径。

  当将该体系用于处理某消防泡沫废水中的PFASs混合污染(总PFASs约500μg/L)时,同样取得了极高的去除效率。处理后的废水中,PFASs总浓度和各个单体浓度均降至美国EPA健康建议水平以下。该研究有力地证明了,UV/SO₃²⁻高级还原技术是一种能够从根本分子结构上摧毁“永久化学品”PFASs的可行手段。它弥补了高级氧化技术在处理这类极端稳定污染物方面的不足,为PFASs污染水体修复提供了强有力的“化学剪刀”。

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