PFAS-actieve kool is een nieuw type persistente organische verontreinigende stoffen met een hoge toxiciteit, slechte afbreekbaarheid, enzovoort. Ze zijn door veel gebieden geclassificeerd als prioritaire verontreinigende stoffen voor drinkwater. Actieve kooladsorptie is de reguliere technologie geworden voor het verwijderen van PFAS uit water vanwege de lage kosten en eenvoudige bediening. Maar of het zuiveringseffect ervan voldoet, is een uitgebreide beoordeling van drie aspecten vereist: adsorptieprestaties, standaardvereisten en praktische toepassingsproblemen.
Het adsorptievermogen van PFAS-actieve kool hangt af van de poriënstructuur en de chemische eigenschappen van het oppervlak. Studies hebben aangetoond dat deeltjes met rijke microporiën en mesoporiën verschillende adsorptiecapaciteiten hebben voor korte- keten en lange- keten in PFAS. Actieve kool op basis van kokosnoot- heeft bijvoorbeeld een adsorptiecapaciteit van maximaal 120 mg/g voor PFOA, maar voor PFBS is dit slechts 35 mg/g. Bovendien kan oppervlaktegemodificeerde actieve kool de selectieve adsorptie van PFAS verbeteren door middel van elektrostatische aantrekking of waterstofbinding. Met salpeterzuuroxidatie-behandelde actieve kool heeft een adsorptiesnelheid voor PFOS die 40% hoger is dan die van ongemodificeerde monsters, en blijft stabiel binnen het conventionele pH-bereik van drinkwater.
Vanuit het perspectief van drinkwaterzuiveringsnormen stellen landen steeds strengere grenzen aan PFAS. De Amerikaanse EPA heeft in 2023 eisen gesteld dat de concentratie van PFOA en PFOS in drinkwater respectievelijk lager dan 0,004 ng/l en 0,02 ng/l moet zijn; de “Drinkwaterrichtlijn” van de EU bepaalt dat de totale PFAS-concentratie moet zijn<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.
In praktische toepassingen wordt de technologie voor actieve kooladsorptie ook geconfronteerd met drie grote uitdagingen: ten eerste de concurrentie om adsorptie tussen PFAS en natuurlijk organisch materiaal; NOM zal de actieve plekken op het oppervlak van actieve kool bezetten, wat resulteert in een vermindering van PFAS-verwijdering met 20%-30%; ten tweede de moeilijkheid bij het activeren van koolstofregeneratie; hoewel regeneratie bij hoge- temperaturen de adsorptieprestaties kan herstellen, zullen er PFAS-afbraakproducten vrijkomen, die secundaire vervuiling veroorzaken; ten derde is de detectienauwkeurigheidslimiet voor sporen-PFAS beperkt; bestaande detectiemethoden hebben een grote kwantitatieve fout voor ultra-sporen-PFAS, waardoor het moeilijk is om nauwkeurig te verifiëren of het zuiveringseffect aan de normen voldoet. In de toekomst is het noodzakelijk om speciale PFAS-actieve kool te ontwikkelen met gezamenlijke optimalisatie van de "poreuze structuur-oppervlaktefunctionele groep", gecombineerd met voorbehandelings- en diepe regeneratietechnologieën, en om gevoeliger PFAS-detectiemethoden op te zetten om de stabiele verwezenlijking van normen voor drinkwaterzuivering door middel van actieve kooladsorptietechnologie te bevorderen.