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“C8”类全氟化合物固废的机械化学无害化处置及资源化方法研究
结题报告
批准号:
21777194
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
唐和清
依托单位:
学科分类:
B0606.固废污染与处置化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
丁耀彬、张广丽、王雪如、曹金、王智影、吕汉清、周宇齐
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中文摘要
以POPs全氟辛磺酸和全氟辛酸为代表的“C8”类全氟化合物(C8-PFCs)固废的处置已成为我国必须解决的环保难题之一。本项目针对C8-PFCs分子中酸基和C-F键的弱化,设计并制备具有表面OH和Lewis酸中心的固体酸催化剂;针对高浓度固废,以固体酸为磨剂,以机械球磨持续更新催化剂表面的活性中心,实现C8-PFCs的可控脱酸基和脱氟并制备C7含氟烯烃,阐明其可控脱氟反应机制,建立一种基于机械化学催化使高浓度C8-PFCs固废再资源化的新方法;针对低浓度固废,采用固体酸和氧化剂为磨剂,以固体酸提供有利于C8-PFCs降解的微界面反应空间,以氧化剂提供反应活性物种,实现C8-PFCs的快速降解和完全脱氟,揭示固体酸与氧化剂协同作用机制,并提出一种机械化学氧化处置C8-PFCs固废的新方法。本项目提出的这一套C8-PFCs固废机械化学无害化及资源化处置方法,具有重要的理论意义和工程应用前景。
英文摘要
Perfluorooctane sulfonate and perfluorooctanoic acid are two typical C8-perfluorinated compounds (C8-PFCs) and have been added to the POPs list. It is urgent to develop treatment technologies for eliminating these pollutants from solid wastes. Mechanochemical (MC) method is a promising technology for the disposal of solid wastes containing halogenated pollutants, but few agents are effective to destruct C8-PFCs. In this research proposal, molecular design of active sites on catalysts and reactive species is developed to realize the controlled MC conversion or degradation of C8-PFCs. The surface hydroxylated solid acid catalysts (OH-SACs) provide two potentially distinct sites (OH and Lewis acid sites) for activating COOH and C-F bond. The high-energy impact under ball milling increases the Lewis acid sites, being favorable to the selective C-F cleavage. In the OH-SACs coupled MC system, the prevalence of decarboxylation and controlled defluorination would result in the formation of fluorinated C7-olefins. The fundamental understanding on the catalytic structure-reactivity relationships for preparing fluorinated C7-olefins would provide a control strategy for the resource utilization of solid wasters containing high C8-PFCs levels. In another MC system with OH-SACs and oxidant as additives, the interaction between OH-SACs and C8-PFCs enhances the vulnerability of C8-PFCs to the degradation, and the ball milling activates oxidants to produce strongly oxidizing species for attacking the above mentioned vulnerable sectors of C8-PFCs. The integration of OH-SACs, oxidizing agent and MC parameters would lead to a complete defluorination and deep mineralization of C8-PFCs. This process is suitable to harmlessly dispose solid wastes containing low levels of C8-PFCs . The new molecular level insights in the controlled partial or complete defluorination are very important to the disposal of C8-PFCs solid wastes in both environmental science and technology.
以POPs全氟辛磺酸和全氟辛酸为代表的“C8”类全氟化合物(C8-PFCs)固废的处置已成为我国必须解决的环保难题之一。我们认为最好的策略是:将浓度高的C8-PFCs)固废进行氟资源回收的资源化处置,而对浓度偏低的C8-PFCs)固废则进行快速完全脱氟的无害化处置。机械球磨法适合于处置固废,但在共磨剂(磨料)的选择方面缺少必要的理论指导。从催化化学的角度分析,高性能共磨剂应该是一种催化剂,这种催化剂可促使环境污染物在机械力作用下诱发催化转化/降解反应。因此,本项目针对C8-PFCs分子中酸基和C-F键的弱化,选择或制备具有表面OH和Lewis酸中心的固体酸催化剂。经过筛选试验发现氧化铝是一种良好的固体酸催化剂,它可在其它组分的协同作用下,诱导机械化学催化反应,或者促使C8-PFCs分子的可控部分脱氟实现其资源化处置,或者促使C8-PFCs分子的完全快速脱氟实现其无害化处置。系统地研究了操作参数对C8-PFCs固废的降解和脱氟过程的影响,发展了三种新的处置方法;采用多种分析技术,证实了固体酸提供有利于C8-PFCs降解的微界面反应空间,揭示了固体酸与氧化剂协同作用机制,分别阐明了C8-PFCs的可控脱酸脱氟的反应机制以及快速完全脱氟的反应机制。发展的三种新方法分别为:第一新方法是PFOA固废的资源化新方法,该方法主要针对高浓度PFOA固废的处置,将其与氧化铝混合后利用机械球磨的技术,将其中的PFOA高选择性地全部转化为全氟烯烃目标产物(1H-1-全氟庚烯),实现资源化;第二种新方法是PFOA固废的氧化型无害化方法,该方法针对低浓度固态PFOA难于资源化的困难,利用固态氧化剂的氧化增强作用,基于氧化铝和过硫酸盐二元共磨剂的氧化体系,在机械化学作用下实现PFOA的完全氧化降解脱氟和无害化;第三种方法是PFOA固废的还原型无害化方法,该方法同样针对低浓度固态PFOA难于资源化的困难,但利用零价金属的还原增强作用,基于氧化铝和金属铝粉二元共磨剂的还原体系,在机械化学作用下实现PFOA的完全还原脱氟和无害化。上述研究结果不仅具有重要的理论意义,而且展示良好的工程应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Efficient degradation of drug ibuprofen through catalytic activation of peroxymonosulfate by Fe3C embedded on carbon
通过嵌入碳上的 Fe3C 催化活化过一硫酸盐来有效降解药物布洛芬
DOI:10.1016/j.jes.2018.10.002
发表时间:2019
期刊:Journal of Environmental Sciences
影响因子:6.9
作者:Zhang Guangli;Ding Yaobin;Nie Wenshan;Tang Heqing
通讯作者:Tang Heqing
DOI:10.1016/j.seppur.2019.116022
发表时间:2020-02-15
期刊:SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY
影响因子:8.6
作者:Ding, Yaobin;Hu, Yue;Huang, Jia
通讯作者:Huang, Jia
DOI:10.1016/j.aca.2019.07.042
发表时间:2019-11-15
期刊:ANALYTICA CHIMICA ACTA
影响因子:6.2
作者:Dai, Pei;Hou, Dajiao;Tang, Heqing
通讯作者:Tang, Heqing
DOI:10.1016/j.jhazmat.2019.03.002
发表时间:2019-06-05
期刊:JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS
影响因子:13.6
作者:Chen, Mantang;Zhu, Lihua;Tang, Heqing
通讯作者:Tang, Heqing
DOI:10.1016/j.apcatb.2018.09.007
发表时间:2019-02-01
期刊:APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
影响因子:22.1
作者:Cao, Jin;Nie, Wenshan;Tang, Heqing
通讯作者:Tang, Heqing
催化反应性超级吸附体系的构筑及其去除低暴露水平环境激素污染物的研究
  • 批准号:
    21377169
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    唐和清
  • 依托单位:
微界面调控增强全氟羧酸化学催化氧化降解的方法研究
  • 批准号:
    21077037
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    唐和清
  • 依托单位:
国内基金
海外基金