本發(fā)明涉及活性炭在含全氟化合物廢水中的應用領域，具體涉及一種具有高效吸附PFOS和PFOA效能的污泥基活性炭及其制備方法與應用。

背景技術：

全氟化合物（perfluorochemicals，PFCs）是水體中廣泛存在的一類持久性有機污染物，而全氟辛烷磺酸（perfluorooctane sulfonate，PFOS）和全氟辛酸（Perfluorooctanoic acid，PFOA）是典型的PFCs，也是其前驅(qū)物和衍生物類產(chǎn)品在環(huán)境中最穩(wěn)定的轉化產(chǎn)物。因其具有環(huán)境持久性、生物蓄積性、內(nèi)分泌干擾性而受到廣泛關注。目前普遍認為污水處理廠的污水是水生生態(tài)系統(tǒng)中PFCs的主要污染源。在世界范圍內(nèi)的污水處理廠的進水、出水和剩余污泥中，均檢測出濃度不等的PFOS和PFOA。同時PFOS和PFOA是公認的難降解的持久性有機污染物，結構穩(wěn)定，雖在物化降解、光化學降解和生物降解方面有一定研究，但均需在苛刻的條件下反應，不利于規(guī)?；コ?。比較而言，吸附是去除水中PFOS和PFOA的一種簡單有效的方法。

污水處理廠的剩余活性污泥處置成為受關注的問題，而污泥制備活性炭是對廢棄污泥資源化利用的有效途徑之一。從專利申請情況來看，目前主要針對污泥基活性炭制備方法的專利居多，而對制備的污泥基活性炭落實到應用的較少。其中一個是污泥基活性炭在電鍍含鉻廢水中的應用，申請?zhí)?01410170177.6，申請公布號CN103908949A。實際上污泥在制成活性炭后比表面積大大增加，可以為有機物提供吸附位點。將污泥基活性炭用于水體中PFOS和PFOA的吸附去除具有重要參考意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高效吸附PFOS和PFOA效能的污泥基活性炭及其制備方法與應用，為含全氟化合物水體污染治理提供技術方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)。

一種具有高效吸附PFOS和PFOA效能的污泥基活性炭的制備方法，該方法將污泥干燥、活化、高溫碳化處理、酸浸、洗滌、烘干，具體包括以下步驟：

(1) 將未經(jīng)消化的城市生活污水處理廠的脫水污泥真空烘干，至含水率10%以下，再研磨，過篩；

(2) 將步驟(1)過篩后所得的污泥在30-50℃下活化，活化后再進行離心、干燥；

(3) 將干燥后的污泥在馬弗爐中以600-800℃的溫度碳化，再用水反復洗滌、干燥至恒重；

(4) 將步驟（3）干燥后的污泥用鹽酸浸漬，再冷卻至室溫，用水反復洗滌至中性，干燥至恒重得到污泥基活性炭。

優(yōu)選的，步驟（1）所述真空烘干的溫度為105℃；所述過篩為過160目篩。

優(yōu)選的，步驟（2）所述活化是將污泥浸漬在0.1-0.5 mol/L的ZnCl₂溶液中，活化12-24h。

優(yōu)選的，步驟（3）所述碳化的時間為45min-2h。

優(yōu)選的，步驟（3）所述洗滌的次數(shù)為3次。

優(yōu)選的，步驟（4）所述干燥的溫度為60℃。

優(yōu)選的，步驟（4）所述鹽酸的濃度為3mol/L，浸漬的時間為1h。

由以上所述的制備方法制得的一種具有高效吸附PFOS和PFOA效能的污泥基活性炭。

以上所述的一種具有高效吸附PFOS和PFOA效能的污泥基活性炭在去除水體中PFOS和PFOA中的應用。

優(yōu)選的，該應用包括下述步驟:

向水體中加入污泥基活性炭，攪拌，混合，使污泥基活性炭吸附水體中的PFOS和PFOA，再用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測定吸附后水體中PFOS和PFOA的濃度，分析污泥基活性炭對PFOS和PFOA的吸附效果。

進一步優(yōu)選的，所述吸附的過程中溫度為15-35℃，用0.1M的HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH為3-9，吸附的時間為12-48h。

進一步優(yōu)選的，所述攪拌的速率為160rpm。

進一步優(yōu)選的，所述PFOS和PFOA在水體中的濃度均為0.01-1.1mg/L，污泥基活性炭用作吸附劑在水體中的添加量為10-50mg/L。

在此條件下吸附，低濃度PFOS和PFOA的去除率達到99.9%和71.0%。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與技術效果：

1、本發(fā)明提供了一種利用污泥基活性炭吸附去除水體中的PFOS和PFOA的方法，操作簡單，成本低廉，吸附去除效果較好。

2、采用本發(fā)明的污泥基活性炭吸附低濃度PFOS和PFOA，去除率可達99.9%和71.0%。

附圖說明

圖1a、圖1b分別是污泥和污泥基活性炭的SEM對比圖；

圖2是污泥基活性炭對不同濃度PFOS和PFOA的吸附去除率曲線圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

1.1 污泥基活性炭制備

將未經(jīng)消化的城市生活污水處理廠的脫水污泥經(jīng)105℃真空烘干，至含水率為10%，研磨后過160目篩；再將污泥浸漬在0.5 mol/L的ZnCl₂溶液中，40℃下活化24h，活化后的樣品進行離心、干燥；將干燥后的污泥樣品在馬弗爐中以600℃的溫度碳化45min，將制得的粗樣品用水反復洗滌3次，干燥至恒重；將粗樣品用3mol/L鹽酸浸漬1h，冷卻至室溫，用水反復洗滌至中性，60℃干燥至恒重得到污泥基活性炭。

從圖1a可以明顯看出，原始污泥表面致密、孔結構不發(fā)達，在制備成活性炭后，呈現(xiàn)較多的孔隙、孔分布細膩、均勻并呈現(xiàn)不同形狀，比表面積明顯增大（如圖1b所示）。

1.2污泥基活性炭吸附去除水中PFOS和PFOA

吸附過程在50mL聚丙烯離心管中，先將污泥基活性炭制備成10g/L的濃縮液，將PFOS和PFOA制備成100mg/L的母液。吸附反應體系為20mL，溫度25℃，pH為6， PFOS和PFOA在吸附反應體系中的濃度均為0.01mg/L，污泥基活性炭用作吸附劑在吸附反應體系中的添加量為10mg/L，離心管放置在恒溫振蕩箱中，轉速為160rpm，振蕩48h后取樣，過0.22微米水相濾頭，剩余PFOS和PFOA濃度用LC-MS/MS分析。

從圖2看出，PFOS和PFOA均具有好的去除效果，最終PFOS去除率為99.9%，PFOA去除率為71.0%。

實施例2

步驟同實施例1，只是在污泥基活性炭制備過程中，將污泥浸漬在0.1mol/L的ZnCl₂溶液中，30℃下活化12h，活化后的樣品進行離心、干燥；將干燥后的污泥樣品在馬弗爐中以700℃的溫度碳化2h，制得污泥基活性炭。

步驟同實施例1，在吸附過程中，溫度為25℃，pH為3，恒溫振蕩轉速為160rpm，PFOS和PFOA在吸附反應體系中的濃度均為0.5mg/L，污泥基活性炭用作吸附劑在吸附反應體系中的添加量為10mg/L，最終PFOS去除率為94.9%，PFOA去除率為54.3%。

實施例3

步驟同實施例1，只是在污泥基活性炭制備過程中，將污泥浸漬在0.25mol/L的ZnCl₂溶液中，50℃下活化18h，活化后的樣品進行離心、干燥；將干燥后的污泥樣品在馬弗爐中以800℃的溫度碳化1.5h，制得污泥基活性炭。

步驟同實施例1，只是吸附過程中，溫度為25℃，pH為6，恒溫振蕩轉速為160rpm，振蕩12h后取樣，PFOS和PFOA在吸附反應體系中的濃度均為0.5mg/L，污泥基活性炭用作吸附劑在吸附反應體系中的添加量為50mg/L，最終PFOS去除率為99.5%，PFOA去除率為82.8%。

實施例5

步驟同實施例1，只是吸附過程中，溫度為35℃，pH為6，恒溫振蕩轉速為160rpm，振蕩30h后取樣，PFOS和PFOA在吸附反應體系中的濃度均為0.5mg/L，污泥基活性炭用作吸附劑在吸附反應體系中的添加量為30mg/L，最終PFOS去除率為98.3%，PFOA去除率為81.3%。

實施例6

步驟同實施例1，只是吸附過程中，溫度為15℃，pH為9，PFOS和PFOA在吸附反應體系中的濃度均為1.1mg/L，污泥基活性炭用作吸附劑在吸附反應體系中的添加量為30mg/L，最終PFOS去除率為78.3%，PFOA去除率為55.8%。