Προσρόφηση υπερφωθιωμένων ενώσεων (PFCs) σε ενεργό άνθρακα

Abstract

Τα PFCs είναι ενώσεις που χρησιμοποιούνται κατά κόρον από την βιομηχανία για την παρασκευή πλήθους προϊόντων καθημερινής χρήσης, ενώ παρουσιάζουν ανθεκτικότητα στις φυσικό-χημικές καθώς και στις βιολογικές διεργασίες. Η αυξημένη κατανομή τους στο έμβιο και στο αβιοτικό περιβάλλον έχει οδηγήσει τα τελευταία χρόνια σε αυξημένη ανησυχία για την δημόσια υγεία, ενώ γίνονται προσπάθειες για τον περιορισμό της παραγωγής τους καθώς και για απομάκρυνση τους από το υδάτινο περιβάλλον. Οι ΜΕΥΑ θεωρούνται βασικές πηγές εισροής τους στο υδάτινο περιβάλλον, ενώ η προσρόφηση, σαν μέρος της τριτοβάθμιας επεξεργασίας, θα μπορούσε να είναι μια πιθανή μέθοδος για την απομάκρυνση των PFCs από επιβαρυμένα απόβλητα. Ο ενεργός άνθρακας θεωρείται ένα αποτελεσματικό προσροφητικό υλικό για την απομάκρυνση οργανικών ενώσεων από το νερό. Στην παρούσα έρευνα μελετήθηκε το φαινόμενο της προσρόφησης 6 χαρακτηριστικών PFCs (PFPeA, PFOA, PFNA, PFDA, PFUdA, και PFOS) σε δύο είδη ενεργού άνθρακα (particulate activated carbon (PAC) και granular activated carbon (GAC)). Οι ουσίες ανιχνευτήκαν και ποσοτικοποιήθηκαν με χρήση υγρής χρωματογραφίας στήλης συνδυασμένης με φασματογράφο μαζών με ανιχνευτή παγίδας ιόντων. Στα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν έγινε υπολογισμός του ισοδύναμου χρόνου, ενώ πραγματοποιήθηκε μελέτη της επιρροής του pH, του Ca2+ και του Νa+. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ισοδύναμος χρόνος ήταν 4 και 24 ώρες αντίστοιχα για τον PAC και τον GAC. Ο PΑC είχε υψηλότερη ποσοστιαία απομάκρυνση σε σχέση με τον GAC για όλες τις ουσίες. Η ουσία που απομακρύνθηκε περισσότερο και για τα δύο προσροφητικά υλικά ήταν η PFOS (99,1% και 52,8% αντίστοιχα), ενώ η ουσία που απομακρύνθηκε λιγότερο ήταν η PFPeA (73,6% απομάκρυνση) για τον PAC και η PFNA (27,7% απομάκρυνση) για τον GAC. Η επίδραση του Νa+ δεν φαίνεται να είναι σημαντική στην προσροφητική ικανότητα του PAC με εξαίρεση την PFPeA, ενώ στην περίπτωση του GAC φαίνεται πως η απομάκρυνση μεγιστοποιείται σε μεσαίες συγκεντρώσεις Νa+. Η επίδραση του Ca2+ φαίνεται πως δεν είναι σημαντική για την προσρόφηση στον PAC με εξαίρεση την PFPeA η οποία φαίνεται να προσροφάτε λιγότερο σε χαμηλές συγκεντρώσεις 1 mM Ca2+, ενώ για τον GAC η επίδραση του Ca2+ διαφέρει σημαντικά μεταξύ των PFCs. Η επίδραση του pH στην προσροφητική ικανότητα του PAC φαίνεται να είναι σημαντική για την PFPeA και PFOA και δεν παρουσιάζεται διαφορά στις άλλες υπό μελέτη ουσίες, ενώ η προσροφητική ικανότητα του GAC παρουσίασε διαφορετικές τάσεις μεταξύ των ουσιών. Η παρούσα έρευνα συμπερασματικά καταλήγει ότι ο PAC θα μπορούσε να αποτελέσει ένα καλύτερο προσροφητικό υλικό για πιθανή εφαρμογή προσρόφησης PFCs σε ενεργό άνθρακα, ενώ παράγοντες του νερού όπως το Νa+, το Ca2+ και το pH θα πρέπει να ληφθούν υπόψη.

PFCs are industrial compounds used for the production of everyday-use products, while they are persistent to physical chemical and biological degradation. The increased and wide distribution of PFCs in different environments and biota has increased concern about public health. There are thoughts about production decrease and finding ways of PFCs removal from the aquatic environment. WWTP are assumed as a basic influx of PFCs into the environment, while adsorption could be a tertiary treatment for removing pollutants such as PFCs from contaminated waste water. Activated carbon could be a good adsorption material for removing organic molecules from the water. The present study investigated the adsorption capacity of two kinds of activated carbon (Particulate activated carbon (PAC) and Granular activated carbon (GAC) for 6 PFCs (PFPeA, PFOA, PFNA, PFDA, PFUdA, and PFOS). The PFCs were identified and qualified through Liquid Chromatography- Mass Spectrometry with an ion trap detector. The experiments were conducted to calculate the equilibrium time and the effect of pH, of Ca2+ and of Νa+. The results showed that the equilibrium time for all the investigated PFCs is 4 hours for PAC and 48 hours for GAC. The compound that is mostly absorbed in PAC was PFOS (99.1% and 52.8% respectively) for both adsorptive materials, while PFPeA (73,6% removal) was the less adsorbed compound for PAC and PFNA (27,7% removal) for GAC. There is no significant effect of the presence of Νa+ in the adsorption capacity of PAC, with the exception of PFPeA, while in the case of GAC it seems to be maximizing in 10 mM of Νa+. There is no significant effect of Ca2+ in adsorptive capacity of PAC with the exception of PFPeA, which has a negative impact in low (1mM) Ca2+ concentration, while the effect in adsorption capacity of GAC seems to differ in all the investigated PFCs. The effect of pH with the use of PAC hassignificant impact in adsorption of PFPeA and PFOA, while there is no difference among the other compounds. The pH factor in adsorption capacity of GAC seems to differ in all compounds. The current study concluded that PAC has better adsorption capacity for the investigated PFCs compare with GAC, while water parameters as pH, Νa+, and Ca2+ has to be under consideration for future application.