PFAS aktivert karbon er en ny type persistente organiske miljøgifter med høy toksisitet, dårlig nedbrytbarhet og så videre. De har blitt klassifisert som prioriterte kontrollforurensninger for drikkevann av mange områder. Aktivert karbon-adsorpsjon har blitt den vanlige teknologien for å fjerne PFAS fra vann på grunn av dens lave kostnad og enkle drift. Men om renseeffekten oppfyller kravene krever en omfattende vurdering fra tre aspekter: adsorpsjonsytelse, standardkrav og praktiske applikasjonsutfordringer.
Adsorpsjonskapasiteten til PFAS-aktivert karbon avhenger av dets porestruktur og overflatekjemiske egenskaper. Studier har vist at partikler med rike mikroporer og mesoporer har ulik adsorpsjonskapasitet for kort-kjede og lang-kjede i PFAS. Som for eksempel kokosnøttskallbasert aktivert karbon har en adsorpsjonskapasitet på opptil 120 mg/g for PFOA, men for PFBS er den bare 35 mg/g. I tillegg kan overflate-modifisert aktivert karbon forbedre den selektive adsorpsjonen av PFAS gjennom elektrostatisk tiltrekning eller hydrogenbinding. Salpetersyreoksidasjon-behandlet aktivt karbon har en adsorpsjonshastighet for PFOS som er 40 % høyere enn for umodifiserte prøver, og holder seg stabil innenfor det konvensjonelle pH-området for drikkevann.
Fra perspektivet til standarder for drikkevannsrensing pålegger land i økende grad strengere grenser for PFAS. US EPA slapp krav i 2023 om at konsentrasjonen av PFOA og PFOS i drikkevann skulle være under henholdsvis 0,004 ng/L og 0,02 ng/L; EUs "drikkevannsdirektiv" fastsetter at den totale PFAS-konsentrasjonen skal være<0.5 μg/L. Laboratory static adsorption experiments show that when the activated carbon dosage is 5 g/L and the contact time is 60 minutes, the removal rate of a PFAS solution with an initial concentration of 1 μg/L can reach 99.5%, and the effluent concentration can be reduced to below 5 ng/L, meeting the EU standards. However, in practical applications, dynamic flow conditions can lead to a decrease in the utilization rate of activated carbon adsorption sites and a shortened penetration time. For example, when a water treatment plant using an activated carbon filter treats groundwater containing PFAS, when the filtration speed is increased to 10 m/h, the operating time for PFOA penetration concentration decreases from 72 hours to 48 hours, and activated carbon needs to be frequently replaced to maintain compliance.
I praktiske applikasjoner står aktivert karbonadsorpsjonsteknologi også overfor tre store utfordringer: For det første konkurranse om adsorpsjon mellom PFAS og naturlig organisk materiale; NOM vil okkupere de aktive stedene på overflaten av aktivt karbon, noe som resulterer i en 20 %-30 % reduksjon i PFAS-fjerningshastigheten; for det andre, vanskeligheten med å aktivere karbonregenerering, selv om høy-temperaturregenerering kan gjenopprette adsorpsjonsytelsen, vil den frigjøre PFAS-nedbrytningsprodukter, som forårsaker sekundær forurensning; for det tredje er deteksjonsnøyaktighetsgrensen for spor-PFAS begrenset, eksisterende deteksjonsmetoder har en stor kvantitativ feil for ultra-spor-PFAS, noe som gjør det vanskelig å nøyaktig verifisere om renseeffekten oppfyller standardene. I fremtiden er det nødvendig å utvikle dedikert PFAS-aktivert karbon med «porøs struktur-overflatefunksjonell gruppe»-samarbeidsoptimalisering, kombinert med forbehandlings- og dypregenereringsteknologier, og etablere mer sensitive PFAS-deteksjonsmetoder for å fremme stabil oppnåelse av drikkevannsrensestandarder eller aktivert karbonteknologi.