本技术涉及一种创新的纳米纤维膜制备技术,该技术利用静电纺丝技术结合戊二醛交联法,制备出季铵化壳聚糖和聚乙烯醇混合纳米纤维膜。该膜能有效吸附多种全氟和多氟烷基化合物,具有直接应用于环境治理的潜力。
背景技术
因其环境持久性、生物蓄积性、对生态和健康的多重危害性,新兴污染物防治是全世界高度重视的命题,典型的持久性污染物是与生态环境安全和人民健康关系最为密切的新兴污染物,被纳入了生态环境部等六部委发布的《重点管控新污染物清单(2023年版)》,是首批依法规要求、必须重点管控的新兴污染物。其中,全氟和多氟烷基物质是与人类生产和生活关系最为密切、接触最为广泛的新兴污染物之一,广泛应用于工业采矿到食品生产和消防泡沫等200多个领域,通过生产过程中产生的固体、液体、气体废物向环境释放,广泛分布在空气、土壤、地表水、沉积物等介质中,最终蓄积在环境水体中。环境水是全氟和多氟烷基物质在环境中运输的关键介质,其中以全氟丁酸、全氟丁烷磺酸、全氟戊酸、全氟己酸、全氟己烷磺酸、全氟辛酸、全氟辛烷磺酸、全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵为主的传统和新型全氟和多氟烷基物质的检出浓度为数ng/L~数百万ng/L。全氟和多氟烷基物质具有极高稳定性,可通过食物链进入人体,直接影响人类健康。因此,环境水中全氟和多氟烷基物质的吸附去除是环境水处理技术领域的重要命题之一。
全氟和多氟烷基物质种类多,理化性质差异大,按正辛醇/水分配系数可分为强极性、中等极性和强疏水性全氟和多氟烷基物质,使同时吸附这些性质差异较大的全氟和多氟烷基物质极具挑战。常规的吸附材料例如颗粒活性炭虽然适用于处理具有强疏水性的长链全氟和多氟烷基物质,但对短链全氟和多氟烷基物质的吸附效率却很低(<50%)。这是因为短链全氟和多氟烷基物质的碳氟链长度不如长链全氟和多氟烷基物质,无法通过疏水作用有效去除。此外,制备这些碳材料所需要的条件较为苛刻,并且会使用有毒/有害溶剂,使用过的颗粒状碳材料也不易于分离,对环境造成二次污染。
现有研究开发出的实现对环境水中全氟和多氟烷基物质进行吸附去除的新型吸附剂有使用各种官能团(如氨基和羧基)进行功能化的碳材料、阳离子改性的矿物材料、天然聚合物材料(例如纤维素和β-环糊精)、金属有机框架、共价有机框架和其它制备的吸附材料,这些吸附剂往往针对环境水中单一种类的全氟羧酸类、全氟磺酸类、全氟烷基醚羧酸类或对全氟壬氧基苯磺酸盐类吸附去除,对于环境水中多种类全氟和多氟烷基物质的高效同时吸附去除的研究较少。除此以外,在同时吸附去除不同极性(不同碳链长度)的多种全氟和多氟烷基物质时,强极性(短链)全氟和多氟烷基物质的高效吸附去除是一个难点和关键点。不仅如此,现有研究开发出的吸附剂对目标物吸附完成后往往需离心分离、磁分离及膜过滤等二次分离过程,去除方法的操作简便性降低。因此,考虑到环境水中多种全氟和多氟烷基物质的共同污染的现状,开发高效吸附剂以同时去除环境水中多种类全氟和多氟烷基物质具有重要现实意义。
实现思路