一种开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中PFAS的方法

本发明属于水污染处理，具体涉及一种开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法。

背景技术：

1、全氟和多氟烷基物质（pfas）是一类具有极高稳定性和疏水性的持久性有机污染物，广泛应用于工业生产和消费品中。然而，由于pfas极难在自然环境中降解，它们在生态系统中具有极强的持久性和生物累积性，已在水体、土壤、大气以及人体中广泛检出。研究表明，长期暴露于pfas环境可能导致严重的健康问题，包括内分泌失调、免疫系统受损、生殖和发育问题以及致癌风险。由于其独特的化学性质，尤其是碳-氟键（c-f）的极高键能，使得pfas难以通过传统的降解方法有效去除。目前，针对pfas污染水体的有效治理和管控已成为全球关注的环境挑战和公共卫生难题。

2、目前针对水体中pfas的现有处理技术主要分为三类：吸附处理、膜处理和高级氧化还原降解。吸附技术主要利用颗粒活性炭或离子交换树脂作为吸附剂，通过物理或化学作用将pfas从水体中分离出来；这些方法成本相对较低，操作简便，但由于pfas化学结构多样，且常常受到背景有机物的干扰，使得吸附效率和选择性往往有限。膜处理技术，特别是高压膜分离过程如反渗透（ro）和纳滤（nf），虽然能够实现较高的pfas去除率，但往往需要高压运行条件，导致能耗巨大、运行成本高昂，且处理过程中会产生大量高浓度拦截液（二次污染），进一步的处理复杂且昂贵。高级氧化/还原处理技术，如紫外光降解、臭氧氧化和超声波处理，旨在利用极具活性的物种来破坏c-f键，从而实现pfas的彻底降解，但这些方法通常能耗极高，降解路径复杂，可能产生更有毒的中间产物或转化产物，工业规模应用受到限制。

3、为此，研发一种能够解决上述问题的开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法是非常必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术处理pfas难以有效释放、辅助药剂无法分离回收且极易引发二次污染的问题，本发明的目的在于提供一种开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法，通过引入开关型表面活性剂并调控环境因素触发其自组装与解组装，实现了表面活性剂的原位高效回收与循环利用，同时保证了pfas的高效超滤截留，显著降低了运行成本和环境负荷。

2、本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：

3、（1）胶束化组装：向含有pfas的水体中投加开关型表面活性剂，调节环境因素，使开关型表面活性剂转化为开启状态的阳离子表面活性剂，pfas与开启状态的阳离子表面活性剂通过疏水相互作用和静电相互作用发生分子自组装，形成胶束混合液；

4、（2）超滤截留分离：使用超滤膜对步骤（1）所得的胶束混合液进行过滤分离，得到含有胶束的超滤膜截留液和去除pfas的透过液；

5、（3）解组装：调节步骤（2）所得的超滤膜截留液的环境因素，使开关型表面活性剂转化为关闭状态，胶束解组装；

6、（4）液-液分离回收：对步骤（3）处理后得到的液体进行液-液分离，将关闭状态的开关型表面活性剂与浓缩的pfas水溶液分离，收集分离的表面活性剂，并将其回用于步骤（1）中。

7、优选地，所述的开关型表面活性剂为气体响应型、氧化还原响应型、酸碱响应型、光响应型、温度响应型、磁响应型、电化学响应型表面活性剂中的一种或多种。

8、优选地，步骤（1）水体中pfas浓度为1mg~10mg/l。

9、优选地，步骤（1）中开关型表面活性剂与水体中pfas的摩尔比为3~10:1。

10、优选地，步骤（2）使用分子量为10 kda的再生纤维素（rc）超滤膜进行超滤。

11、优选地，步骤（3）调节环境因素是步骤（2）调节环境因素的逆向操作。

12、优选地，所述的逆向操作具体是：

13、当步骤（1）调节环境因素为通入响应性气体时，步骤（3）调节环境因素为向截留液中通入惰性吹扫气体或加热；

14、当步骤（1）调节环境因素为调控水体为氧化环境时，步骤（3）调节环境因素为调控水体为还原环境；

15、当步骤（1）调节环境因素为调节水体ph值时，步骤（3）调节环境因素为反向调节截留液的ph值以触发表面活性剂去质子化；

16、当步骤（1）调节环境因素为改变光照条件时，步骤（3）调节环境因素为切换至不同波长的光源照射或撤除光照；

17、当步骤（1）调节环境因素为调节温度时，步骤（3）调节环境因素为反向升高或降低温度；

18、当步骤（1）调节环境因素为施加磁场时，步骤（3）调节环境因素为施加反向磁场或撤除磁场；

19、当步骤（1）调节环境因素为施加电场时，步骤（3）调节环境因素为施加反向电场或撤除电场。

20、优选地，步骤（3）中胶束解组装过程，直至液体分层，即完成解组装。

21、优选地，步骤（4）液-液分离可通过表面刮除或底层抽取即可实现两相的分离。

22、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

23、1、本发明利用开关型表面活性剂在开启状态下的自组装效应，将极性小分子pfas转化为大体积混合胶束，使常规孔径的超滤膜即可实现高效排阻，所需操作压力极低，显著降低了传统高压膜分离工艺的能耗，且pfas的超滤截留率可高达99%以上。

24、2、本发明通过调控环境因素引发表面活性剂关闭，截留液中稳定的混合胶束结构被瞬间瓦解，pfas组分得以完全释放；释放的pfas因保留了表面活性物质特点，自发向气-液界面迁移并大量富集在水体表面，实现了pfas从“分散于超滤截留液”到“高浓度富集于液面”的定向迁移与浓缩，极大地减轻了后续彻底销毁工艺的设备负荷。

25、3、投入水体中的开关型表面活性剂原位经历了开启组装、超滤截留、关闭解组装的过程；解组装后混合液自发分层为清晰的液-液两相，通过简单的表面刮除或底层抽取即可实现两相的分离，容易回收，表面活性剂可重复使用，简化了工艺流程，解决了常规表面活性剂难以回收的问题，保证了体系的低成本长期稳定运行，具备工业化推广应用与资源化价值。

1.一种开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法，其特征在于所述的开关型表面活性剂为气体响应型、氧化还原响应型、酸碱响应型、光响应型、温度响应型、磁响应型、电化学响应型表面活性剂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法，其特征在于步骤（1）水体中pfas浓度为1mg~10mg/l。

4.根据权利要求1所述的开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法，其特征在于步骤（1）中开关型表面活性剂与水体中pfas的摩尔比为3~10:1。

5.根据权利要求1所述的开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法，其特征在于步骤（2）使用分子量为10 kda的再生纤维素超滤膜进行超滤。

6.根据权利要求1所述的开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法，其特征在于步骤（3）调节环境因素是步骤（1）调节环境因素的逆向操作。

7.根据权利要求6所述的开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法，其特征在于所述的逆向操作具体是：

8.根据权利要求1所述的开关型表面活性剂辅助超滤膜去除水体中pfas的方法，其特征在于步骤（3）中胶束解组装过程，直至液体分层，即完成解组装。