原文信息
题目：
Thermal defluorination behaviors of PFOS, PFOA and PFBS during regeneration of activated carbon by molten salt
作者：
Zhichao Shen1,2, Lu Zhan (✉)1,2, Zhenming Xu1
作者单位：
1. Shanghai Jiao Tong University, China
2. East China Normal University, China
通讯作者邮箱：
luzhan@sjtu.edu.cn
关键词：
PFCs (全氟化合物);
Molten sodium hydroxide (熔融氢氧化钠);
Thermal degradation (热降解);
Activated carbon regeneration (活性炭再生)
文章亮点
• 提出一种新的PFCs矿化方法。
• 矿化PFCs时可再生活性炭。
• 熔融NaOH对PFOS和PFBS有良好的矿化作用。
文章简介
全氟化合物（PFCs）具有良好的热稳定性，被广泛应用于化工、纺织、涂料和皮革等行业中。PFCs在环境中不易降解，若长时间蓄积在人体中，会引起潜在毒性。因此，研发高效降解PFCs的技术极其重要。活性炭被视为环境中PFCs良好的吸附剂，负载PFCs的活性炭经常被焚化，在高温下产生具有温室效应的小分子气态PFCs（如C2F6），带来二次环境污染。因此，活性炭负载PFCs的热处理技术引起了广泛关注。熔融盐在高温下具有较高的比热容和电导率，可被应用于能源、材料、化学品和固体废物处理等领域。常见的熔盐由碱金属或碱土金属和卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐和磷酸盐等组成。高温下的熔盐既可以裂解大分子PFCs，捕获热解后产生的小分子有害气体，又可以作为一种活化物质再生活性炭。因此，探索熔盐系统对活性炭吸附PFCs热脱氟行为及其对活性炭再生的影响具有重要意义。
鉴于此，从资源再生的角度出发，作者选择了吸附PFCs（PFOS、PFOA和PFBS）的活性炭，探究高温下其在不同熔融钠盐（Na2SO4、Na2CO3和NaCl）和熔融碱（NaOH）中的降解效率。其中，使用熔盐NaOH处理的PFCs脱氟效率较高。700℃时，PFOS、PFBS和PFOA的脱氟效率分别为84.2%、79.2% 和35.3%。实验发现，PFCs的脱氟效率与热处理的反应温度、停留时间及盐碳比均成正比，最优条件为600 ℃、15 min和20%活性炭的添加量。其次，通过GC-MS对PFCs在熔盐处理前后的热解气体进行分析，发现含氟气体显著减少。同时，经熔盐NaOH处理后的再生活性炭比未处理的活性炭具有更高的吸附容量。此研究指出，熔盐NaOH在该热处理中充当PFCs的脱氟剂和活性炭的活化剂，具有重要意义。
该项工作进一步揭示了反应机理：高温下PFOA热稳定性低，热失重温度范围是75 - 125°C，远低于PFOS和PFBS (400 – 500 °C)，难以被熔盐NaOH捕获，脱氟效率较低。关于熔融NaOH处理后PFCs较高的脱氟效率，作者推测熔融NaOH中的氢元素可能在活性炭孔中转化为H2或H2O，促进了PFCs的脱氟及加氢过程，并通过XRD分析可知含氟气体最终被矿化成NaF。该工作为高效处理PFCs提供了新的指导方向，促进了熔盐在污染物热处理过程中的实际应用，实现了活性炭的绿色再生。
文章摘要图
编委点评
活性炭因其高比表面积和低成本等优势，成为环境中处理PFCs常用的吸附剂。然而负载PFCs的活性炭焚化后会释放大量的短链含氟气体，带来严重的环境问题。熔盐能够在较宽的温度范围内保持稳定，在捕获有害气体和再生活性炭等方面具有一定贡献。本文探索了不同熔盐处理下活性炭负载PFCs的热处理行为，研究了反应温度、停留时间和活性炭的添加量等因素对PFCs在熔盐NaOH处理下脱氟的影响，比较了PFCs在熔盐处理前后裂解气体的变化，推测了熔盐NaOH参与PFCs脱氟反应的潜在机理，为高效热处理PFCs提供了新的方向。同时，研究指出经熔盐NaOH处理所再生的活性炭具有优良的吸附性能。此工作有效推进了活性炭负载PFCs的高效热处理，并为活性炭的绿色再生提供了新思路和新方法。
编者 | 于颖
点评 | 李阳
14011002000166号