一种去除PFAS的滤板及其制备方法与流程

本发明涉及水处理，特别是一种去除pfas的滤板及其制备方法。

背景技术：

1、全氟和多氟烷基化合物(per- and polyfluoroalkyl substances,pfas) 是一类人工合成的有机物，其烃链上全部或部分氢被氟取代，被广泛应用于工业生产过程之中。随着pfas类有机物的大量应用，其通过众多途径进入到自然环境中，并在食物链中积累。

2、当前去除水中pfas的常规技术工艺为活性炭吸附，活性炭通过疏水作用可有效去除水中的长链pfas，但是其对短链pfas吸附效率低，因此，长短链pfas难以同步去除。另外，粉末活性炭具有较大的比表面积，在吸附pfas的过程中实现内部扩散的时间更短、有更多的吸附位点，吸附速率更快，可达到更高的吸附容量。但是，其在连续工艺中应用时易结块，导致其处理效率下降速度较快。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种去除pfas的滤板，以解决现有技术中的滤板难以同步去除长短链pfas的问题。

2、本发明提供如下技术方案：

3、一种去除pfas的滤板的制备方法，包括如下步骤：

4、（1）取颗粒活性炭、第一粘结剂，混合均匀，得到外层混料；

5、（2）取改性颗粒活性炭、勃姆石、第二粘结剂，混合均匀，得到中层混料；其中，所述改性颗粒活性炭为负载镁铝层状双金属氧化物的颗粒活性炭；

6、（3）取吸附剂、第三粘结剂，混合均匀，得到内层混料；其中，所述吸附剂中含有氮掺杂活性炭；

7、（4）将所述外层混料、中层混料、内层混料依次填入模具中，压制成型，再进行热处理，得到去除pfas的滤板。

8、优选地，所述颗粒活性炭、第一粘结剂的重量比为100：（15-18）；

9、任选地，所述第一粘结剂为热固性酚醛树脂、聚乙烯醇中的一种或多种。

10、优选地，步骤（2）中，所述改性颗粒活性炭通过如下方法得到：

11、取氮掺杂的颗粒活性炭、水、氯化镁、氯化铝，混合均匀，得到悬浮液；向所述悬浮液中滴加碳酸钠、氢氧化钠的混合液，调节ph值至9.5-11.0，在55-65℃下搅拌反应2-5h，静置6-12h，过滤、洗涤、干燥，在惰性气体保护、450-500℃下热处理2-4h，过筛，得到改性颗粒活性炭。

12、优选地，步骤（2）中，所述氯化镁、氯化铝的摩尔比为（2-4）：1；

13、任选地，所述氯化镁在所述悬浮液中的浓度为60-80mmol/l；

14、任选地，所述氮掺杂的颗粒活性炭在所述悬浮液中的浓度为3-5g/l；

15、任选地，所述氢氧化钠在所述混合液中的浓度为0.28-0.32mol/l；

16、任选地，所述碳酸钠在所述混合液中的浓度为0.14-0.16mol/l。

17、优选地，步骤（2）中，所述改性颗粒活性炭、勃姆石、第二粘结剂的重量比为100：（10-15）：（12-15）；

18、任选地，所述第二粘结剂为热固性酚醛树脂、聚乙烯醇中的一种或多种。

19、优选地，步骤（3）中，所述吸附剂通过如下方法得到：

20、将粉末活性炭分散于乙醇溶液中，并采用盐酸溶液调节ph值至2-3，向其中加入模板剂，混合均匀，在30-40℃搅拌1-2h，再向其中滴加硅源溶液，维持ph值为2-4，在30-40℃下搅拌反应12-18h，过滤、洗涤、乙醇回流萃取8-12h，干燥，得到复合粉末；将所述复合粉末与氮掺杂活性炭混合均匀，得到吸附剂；

21、其中，所述硅源溶液为正硅酸乙酯、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺溶于无水乙醇得到；所述模板剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物。

22、优选地，所述粉末活性炭为经过改性的粉末活性炭，通过如下方法得到：在温度30℃下，将粉末活性炭浸渍于0.2mol/l的双氧水溶液中，搅拌6h，过滤、洗涤，在80℃下干燥12h，得到双氧水活化的活性炭；将所述双氧水活化的活性炭分散于水中，使所述双氧水活化的活性炭在水中的浓度为10g/l，向其中加入聚乙烯亚胺，在温度30℃下搅拌2h，再向其中滴加戊二醛，在40℃下反应4h，过滤、洗涤、干燥，得到改性的粉末活性炭。其中，所述双氧水活化的活性炭、所述聚乙烯亚胺、所述戊二醛的重量比为100:10:2。

23、优选地，步骤（3）中，所述粉末活性炭在所述乙醇溶液中的浓度为3-5g/l；

24、任选地，所述乙醇溶液的体积浓度为85-95%；

25、任选地，所述盐酸溶液的浓度为0.8-1.5mol/l；

26、任选地，所述粉末活性炭、模板剂、正硅酸乙酯、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺的重量比为50：（10-15）：（30-40）：（3-6）；

27、任选地，所述硅源溶液中，正硅酸乙酯与无水乙醇体积比为1：（2-5）；

28、任选地，所述滴加的时间为1.5-3.5h。

29、优选地，步骤（3）中，所述复合粉末与氮掺杂活性炭的重量比为1：（2-4）；

30、任选地，所述吸附剂、第三粘结剂的重量比为100：（10-12）；

31、任选地，所述第三粘结剂为热固性酚醛树脂、聚乙烯醇中的一种或多种。

32、优选地，步骤（4）具体包括：

33、将所述外层混料填入模具中，刮平，在0.5mpa-1.0mpa下预压10-60s；再将中层混料在所述外层混料的上方填入模具，刮平，在0.5mpa-1.0mpa下预压10-60s；然后，将内层混料在所述中层混料的上方填入模具，刮平，在0.5mpa-1.0mpa下预压10-60s，然后压制成型，再在惰性气体保护、180-220℃下热处理1-3h，得到去除pfas的滤板。

34、优选地，步骤（1）的所述颗粒活性炭的粒度为20-40目；步骤（2）的所述改性颗粒活性炭的过筛为60-80目筛；步骤（3）的所述氮掺杂活性炭的粒度为100-200目。

35、优选地，步骤（1）中，还包括将所述第一粘结剂与水混合，制成流动性良好的胶液的步骤；所述胶液中，所述第一粘结剂与水的重量比为1:（2-3）；

36、任选地，步骤（2）中，还包括将所述第二粘结剂与水混合，制成流动性良好的胶液的步骤；所述胶液中，所述第二粘结剂与水的重量比为1：（2-3）；

37、任选地，步骤（3）中，还包括将所述第三粘结剂与水混合，制成流动性良好的胶液的步骤；所述胶液中，所述第三粘结剂与水的重量比为1：（2-3）。

38、优选地，步骤（4）中，还包括在压制成型后，于100-120℃下干燥2-3h的步骤。

39、本发明还提供一种所述的制备方法得到的去除pfas的滤板。

40、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

41、（1）本发明的去除pfas的滤板的制备方法，包括如下步骤：取颗粒活性炭、第一粘结剂，混合均匀，得到外层混料；取改性颗粒活性炭、勃姆石、第二粘结剂，混合均匀，得到中层混料；其中，所述改性颗粒活性炭为负载镁铝层状双金属氧化物的颗粒活性炭；取吸附剂、第三粘结剂，混合均匀，得到内层混料；其中，所述吸附剂中含有氮掺杂活性炭；将所述外层混料、中层混料、内层混料依次填入模具中，压制成型，再进行热处理，得到去除pfas的滤板。本发明所述的去除pfas的滤板的制备方法，得到的滤板，可同步去除水中的长短链的pfas。

42、本发明所述的去除pfas的滤板的制备方法，得到的滤板由外层、中层、内层复合而成。外层的吸附材料为颗粒活性炭，利用疏水作用对疏水性强的长链pfas进行吸附。中层的吸附材料为负载镁铝层状双金属氧化物的颗粒活性炭、勃姆石，在颗粒活性炭的疏水作用的基础上，利用镁铝层状双金属氧化物的记忆效应重建层状结构，层板具有正电位点，对于以阴离子的形式存在的pfas可在静电作用、离子交换作用下实现有效吸附；勃姆石可通过表面静电吸引与配体交换作用下实现对pfas的有效吸附。但是，由于短链pfas水溶性强、极性强、疏水链短、亲水性好，因此，难以被外层的颗粒活性炭通过疏水作用截留；而短链pfas进入中层后，在长短链pfas同时存在的条件下，长短链pfas之间存在竞争吸附效应，短链pfas与中层的吸附材料的结合亲和力弱于长链pfas，难以竞争吸附位点，已经吸附的短链pfas还可被长链pfas置换而发生解吸，因此，短链pfas在中层也可能存在一定程度的穿透。内层的吸附材料中含有氮掺杂活性炭，粉末活性炭比较面积大，具有更多的吸附位点，且引入含氮活性位点，可发生质子化形成正电位点，通过静电作用、氢键作用实现对短链pfas的有效去除。通过三层结构的滤板可有效去除水中的长短链的pfas，并且，制成滤板后，颗粒活性炭、粉末活性炭等被粘结剂网络固定，相较于游离的颗粒活性炭、粉末活性炭，不易在连续的水处理过程中团聚、结块，滤层整体结构较为稳定。

43、（2）本发明的去除pfas的滤板的制备方法，步骤（3）中，所述吸附剂通过如下方法得到：将粉末活性炭分散于乙醇溶液中，并采用盐酸溶液调节ph值至2-3，向其中加入模板剂，混合均匀，在30-40℃搅拌1-2h，再向其中滴加硅源溶液，维持ph值为2-4，在30-40℃下搅拌反应12-18h，过滤、洗涤、乙醇回流萃取8-12h，干燥，得到复合粉末；将所述复合粉末与氮掺杂活性炭混合均匀，得到吸附剂。

44、本发明通过模板剂自组装形成胶束，加入硅源溶液后，二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺与正硅酸乙酯围绕胶束共同形成硅氧烷网络，粉末活性炭被生长的硅氧烷网络裹挟，嵌在形成的多孔二氧化硅颗粒内部，经过过滤、洗涤、乙醇回流萃取、干燥，除去模板剂、溶剂，得到复合粉末。一方面，复合粉末具有的刚性无机硅氧烷的多孔组分，可起到骨架支撑与物理阻隔作用，改善粉末活性炭之间直接粘连、团聚问题，改善水体中pfas的传质效率。另一方面，所述复合粉末的亲水性好，有利于充分浸润多孔组分的内部孔道，通过二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺引入的胺基位点，可协同所述氮掺杂活性炭捕获短链pfas，加快短链pfas的吸附。