利用泡沫富集与光降解耦合处理全氟辛磺酸的新技术及机理研究

Perfluorinated compounds are widely produced and used, and they become persistent pollutants existing in the environment, potentially harming the wildlife and human health. However, there is a lack of effective means to treat these chemicals with low concentration in the environment. Therefore, this fund studies treatment technologies of perfluorinated compounds, focusing on a typical perfluorinated compound, perfluorooctane sulfonate (PFOS), and aims at using foam fractionation to enrich aqueous PFOS with low concentration, to improve photodegradation of PFOS through increasing effective concentration of PFOS in foam, reducing UV loss caused by absorption of solvent, and strengthening regional selectivity of photochemistry. Coupling of foam fractionation and photodegradation utilizing short-wavelength UV (254 nm) is hopeful to overcome the problem that efficiencies of PFOS photodegradation were generally low. This study investigates factors influencing PFOS removal rate in the process of coupling of foam fractionation and photodegradation, in order to reveal the mechanism of this technology. Meanwhile, this study explores the feasibility of applying this coupling to treat real PFOS-contaminated water, to provide a theoretical and technical guidance for use of this technology to treatment of perfluorinated compounds and similar persistent pollutants.

全氟化合物的生产与使用十分广泛，其会成为难降解污染物长期存在于环境中，对生态和人类健康带来潜在的危害。目前尚缺少有效处理环境中低浓度全氟化合物的方法。因此，本课题针对一种典型的全氟化合物——全氟辛磺酸（PFOS）进行处理技术的研究，旨在利用泡沫分离技术富集水体中低浓度的PFOS，通过在泡沫中提高PFOS的有效浓度、减少溶剂的紫外吸收损耗、强化光化学的区域选择性等方式，对现有紫外光降解PFOS的技术进行扬长避短式的改进，发展泡沫富集与短波长紫外（254 nm）光降解耦合的新技术，以克服目前PFOS光降解效率普遍偏低的缺点。通过研究各相关因素对泡沫富集与光降解耦合处理PFOS过程中去除速率的影响，探讨该过程的具体作用机制，同时探索利用该技术处理实际环境水体中PFOS的应用前景，为利用该技术处理全氟化合物及类似难降解污染物提供理论基础和技术指导。

全氟化合物生产与使用广泛，但它会成为难降解污染物长期存在于环境中，对生态和人类健康造成威胁。目前尚缺少有效处理水体中低浓度全氟化合物的方法。本课题针对一种典型的全氟化合物——全氟辛磺酸（PFOS）进行处理技术的研究，利用泡沫分离技术富集水体中低浓度的PFOS，通过在泡沫中提高PFOS的有效浓度对现有紫外光降解PFOS的技术进行改进，发展泡沫富集与紫外光降解耦合的新技术，提高PFOS的去除速率。主要研究结果表明：（1）利用较小的鼓气口、适当的气流速度和适宜的溶液高度直径比，在溶液中产生小而多的气泡，并使其顺利到达溶液上方，可生成稳定的泡沫层对PFOS进行有效富集。较低的pH和较高的离子强度不利于泡沫富集，而其他表面活性物质（十二烷基苯磺酸钠和腐殖酸）生成的泡沫层也可以富集PFOS。（2）泡沫富集与光降解耦合可以有效提高PFOS的去除速率。通过考察温度、紫外光量和富集因子与PFOS去除速率的关系，可以推测泡沫富集提高了PFOS在泡沫层中的有效浓度，使得降解速率相应提高，是PFOS去除速率提高的主要原因。（3）考察泡沫富集与光降解耦合对投加了PFOS的河流水体的处理效果，发现该处理方法对于自然水体也是适用的。以上研究证明该技术对处理实际环境水体中PFOS有一定的应用前景，可为处理全氟化合物及类似难降解污染物提供理论基础和技术指导。