一种针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术

1.本发明属于水污染处理技术领域，尤其涉及一种针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术。


背景技术：

2.在过去的几十年里，全氟化合物(pfass)在工业上得到广泛应用，但由于其化学持久性，在环境中普遍存在。接触pfass会带来严重的健康风险，如肝癌和肾癌，因此该类化合物现在被视为首要污染物。在目前用于去除pfcs的方法中，吸附被视为最合适的技术之一。
3.目前常见的可用于全氟化合物去除的吸附剂包括碳材料、树脂等。然而吸附剂并不能持续用于全氟化合物的去除，随着吸附时间的延长，大量吸附位点被污染物占据，有效吸附位点不断减少，导致吸附剂的吸附性能下降。从经济效益出发，吸附剂需要具有可重复使用的特点，以减少吸附剂的消耗。目前常用的针对吸附完全氟化合物的吸附剂的再生策略是利用化学试剂再生，然而效果较差。同时，大量的化学试剂还可能造成二次污染。因此，如何提高实现吸附剂的高效再生和循环使用，对于有效去除全氟化合物具有十分重要的意义。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：吸附剂在吸附完全氟化合物后，难以高效脱附，无法实现吸附剂的循环使用，导致全氟化合物的处理成本高。
5.解决以上问题及缺陷的难度为：目前常用的针对吸附完全氟化合物的吸附剂的再生策略是利用化学试剂再生，然而效果较差。同时，大量的化学试剂还可能造成二次污染。
6.解决以上问题及缺陷的意义为：有利于降低全氟化合物的处理成本。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种针对具有高临界溶解温度特性的热响应型吸附剂材料的再生与循环利用技术。
8.具体如下：
9.步骤一，配置碘化钠和氢氧化钠的混合溶液；
10.步骤二，将吸附了全氟化合物的热响应型吸附剂材料置于步骤一中的混合溶液中；
11.步骤三，将步骤二中含有吸附了全氟化合物的热响应型吸附剂材料的混合溶液进行加热处理；
12.步骤四，将步骤三中经过加热处理的热响应型吸附剂材料取出，使用超纯水和乙醇交替冲洗。
13.步骤一中，所述碘化钠和氢氧化钠的混合溶液中碘化钠与水的质量体积比为20mg～40mg：100ml，氢氧化钠与水的质量体积比为20～60g：100ml；
14.步骤二中，所述的热响应型吸附剂材料应当具有高临界溶解温度特性，临界温度为40～60℃；
15.步骤三中，所述加热处理的温度为45～65℃，加热速率为1～5℃/min，加热时间为4～12h；
16.步骤四中，所述乙醇浓度为50％；所述交替冲洗顺序为温度为45～65℃超纯水-乙醇-温度为45～65℃的超纯水-乙醇-室温下的超纯水。
17.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的针对具有高临界溶解温度特性的热响应型吸附剂材料的再生与循环利用技术。本发明中，通过加热处理使得具有高临界溶解温度特性的热响应型吸附剂材料响应温度的变化，其链构象发生剧烈变化，呈现出亲水性，进而破坏吸附剂与全氟化合物之间的疏水作用。此外，利用碘化钠和氢氧化钠的混合溶液抑制吸附剂与全氟化合物之间的静电引力，可以促进全氟化合物的脱附，有利于吸附剂的再生。本发明针对具有高临界溶解温度特性的热响应型吸附剂材料开发的再生与循环利用技术具有脱附能力强、再生效果好、实际应用价值高等优点，能够用于循环吸附水体中全氟化合物为代表的疏水性污染物，是一种极具前途的再生处理技术。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术的流程图；
20.图2是吸附剂通过本发明实施例2进行再生的吸附效果。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术，下面结合附图对本发明作详细的描述。
23.本发明实施例提供的针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术包括以下步骤：
24.s101，配置碘化钠和氢氧化钠的混合溶液；
25.s102，将吸附了全氟化合物的热响应型吸附剂材料置于步骤一中的混合溶液中；
26.s103，将步骤二中含有吸附了全氟化合物的热响应型吸附剂材料的混合溶液进行加热处理；
27.s104，将步骤三中经过加热处理的热响应型吸附剂材料取出，使用超纯水和乙醇交替冲洗。
28.以下实施例中所采用的热响应型吸附剂材料为自制，其余材料和仪器均为市售。本发明的实施例中，若无特别说明，所采用的工艺为常规工艺，所采用的设备为常规设备，且所得数据均是三次以上试验的平均值。
29.下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
30.实施例1
31.本发明实施例提供的上述实施例中的针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术，包括以下步骤：
32.(1)将木屑用去离子水清洗，然后在70℃下烘干24小时，将烘干后的木屑破碎过筛(0.15mm～0.25mm)，随后放入管式炉中热解烧制，热解过程中保持管式炉的石英管密封，同时向管内以200ml/min的流速通入n2，以此来保持整个热解过程的厌氧条件，管式炉的升温程序设定为：从室温以3℃/min的升温速率加热上升到600℃，并在此温度条件下持续热解2小时，然后开始自然降温过程，在降温过程中保持n2以相同流速持续通入，冷却到室温后取出即得到原始生物炭。配置丙烯酰胺与[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵的混合溶液100ml，丙烯酰胺与[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵的质量比为10g：15g。将5g生物炭投放至上述的混合溶液中，在35℃下以转速为150rpm搅拌12小时，向溶液中以100ml/min的流速通入n2，在35℃下以转速为180rpm搅拌1小时，得到黑色悬浊液。将5mg过硫酸铵加入到上述黑色悬浊液中，在60℃下以转速为120rpm搅拌12小时，过滤收集固体，将固体烘干，得到热响应型吸附剂材料；
[0033]
(2)将步骤(1)中自制的热响应型吸附剂材料与水体(含全氟化合物水溶液)按照质量体积比为0.1g：1l，称取四份实施步骤(1)中自制的热响应型吸附剂材料，分别加入浓度为10mg/l的含全氟辛基磺酸(以下简称pfos)和全氟辛酸(以下简称pfoa)的溶液(该溶液的体积为100ml)中，混合均匀，于转速为180rpm、温度为25℃下进行恒温振荡处理24h，完成对含全氟化合物水溶液的吸附处理；
[0034]
(3)配置碘化钠和氢氧化钠的混合溶液，其中，碘化钠与水的质量体积比为30mg：100ml，氢氧化钠与水的质量体积比为40g：100ml；
[0035]
(4)将吸附了全氟化合物的热响应型吸附剂材料置于步骤(3)的混合溶液中，以5℃/min的加热速率将混合溶液升温至65℃，并加热12h；
[0036]
(5)待步骤(4)中的混合溶液加热完成，通过过滤收集热响应型吸附剂材料；
[0037]
(6)使用温度为65℃超纯水-乙醇-温度为65℃的超纯水-乙醇-室温下的超纯水依次冲洗步骤(5)中收集的热响应型吸附剂材料，即完成热响应型吸附剂材料的吸附再生；
[0038]
(7)将步骤(6)获得的热响应型吸附剂材料按照步骤(2)的方法对含全氟化合物水溶液的吸附处理，完成对含全氟化合物水溶液的循环吸附；振荡处理结束后，静置沉淀，取上清液用hplc-hrms/ms测定全氟化合物的浓度，并以此计算出疏水性生物炭复合材料对全氟化合物的吸附量，结果如表1所示；
[0039]
(8)作为对比，利用50％乙醇对步骤(2)中的热响应型吸附剂材料进行浸渍处理，浸渍时间为12h，随后过滤收集热响应型吸附剂材料，按照步骤(2)的方法对含全氟化合物水溶液的吸附处理，完成对含全氟化合物水溶液的循环吸附。
[0040]
表1吸附剂通过不同技术再生后对全氟化合物的吸附去除率
[0041] pfospfoa 50％乙醇再生技术26.9％20.5％针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术96.2％94.3％
[0042]
由表1可知，相比于目前常见的乙醇再生方案，本发明提供的针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术可获得更好的再生效果，再生后吸附剂对pfos和pfoa的吸附去除率从
不足30％提高到了94％以上，提升幅度明显。
[0043]
实施例2
[0044]
本发明实施例提供的针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术的应用，具体为热响应型吸附剂材料在吸附水体中全氟化合物后的解吸再生中的应用，包括以下步骤：
[0045]
使用实施例1中自制的热响应型吸附剂材料，参照实施例1中的步骤(2～7)，重复4次。振荡处理结束后，静置沉淀，取上清液用hplc-hrms/ms测定全氟化合物的浓度，并以此计算出疏水性生物炭复合材料对全氟化合物的吸附量，结果如图2所示。
[0046]
根据图1的结果可知，吸附剂材料经过五次循环，去除率维持在81％左右。可以看出，本发明提供的针对热响应型吸附剂材料的循环使用技术有利于提高吸附材料的再生性能，拓展吸附剂材料在受到污染的水体中的应用，在治理受污染水体方面具有较高的应用价值，有着广泛的应用前景。
[0047]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种针对具有高临界溶解温度特性的热响应型吸附剂材料的再生与循环利用技术具体如下：步骤一，配置碘化钠和氢氧化钠的混合溶液；步骤二，将吸附了全氟化合物的热响应型吸附剂材料置于步骤一中的混合溶液中；步骤三，将步骤二中含有吸附了全氟化合物的热响应型吸附剂材料的混合溶液进行加热处理；步骤四，将步骤三中经过加热处理的热响应型吸附剂材料取出，使用超纯水和乙醇交替冲洗。步骤一中，所述碘化钠和氢氧化钠的混合溶液中碘化钠与水的质量体积比为20mg～40mg：100ml，氢氧化钠与水的质量体积比为20～60g：100ml；步骤二中，所述的热响应型吸附剂材料应当具有高临界溶解温度特性，临界温度为40～60℃；步骤三中，所述加热处理的温度为45～65℃，加热速率为1～5℃/min，加热时间为4～12h；步骤四中，所述乙醇浓度为50％；所述交替冲洗顺序为温度为45～65℃超纯水-乙醇-温度为45～65℃的超纯水-乙醇-室温下的超纯水。

技术总结
本发明属于水污染处理技术领域，公开了一种针对具有高临界溶解温度特性的热响应型吸附剂材料的循环使用技术。所述针对具有高临界溶解温度特性的热响应型吸附剂材料的循环使用技术包括：配置碘化钠和氢氧化钠的混合溶液，将吸附了全氟化合物的热响应型吸附剂材料置于混合溶液中进行加热处理，经过过滤收集后，使用超纯水和乙醇交替冲洗，完成吸附剂材料的再生，以用于对污染物的循环吸附。本发明针对具有高临界溶解温度特性的热响应型吸附剂材料开发的再生与循环利用技术具有脱附能力强、再生效果好、实际应用价值高等优点，能够用于循环吸附水体中全氟化合物为代表的疏水性污染物，是一种极具前途的再生处理技术。是一种极具前途的再生处理技术。是一种极具前途的再生处理技术。


技术研发人员：邓佳钦 胡新将 韩佳宁 李美芳 王宸宇 杜婉瑄 高来卫
受保护的技术使用者：中南林业科技大学
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/13