O carvão ativado PFAS é um novo tipo de poluente orgânico persistente com alta toxicidade, baixa degradabilidade e assim por diante. Eles foram classificados como poluentes de controle prioritário para água potável em muitas áreas. A adsorção de carvão ativado tornou-se a principal tecnologia para remoção de PFAS da água devido ao seu baixo custo e operação simples. Mas, para saber se o seu efeito de purificação atende aos requisitos, é necessária uma avaliação abrangente de três aspectos: desempenho de adsorção, requisitos padrão e desafios de aplicação prática.
A capacidade de adsorção do carvão ativado PFAS depende da estrutura dos poros e das propriedades químicas da superfície. Estudos mostraram que partículas com microporos e mesoporos ricos têm diferentes capacidades de adsorção para cadeia-curta e{2}}longa em PFAS. Por exemplo, o carvão ativado à base de casca de coco tem uma capacidade de adsorção de até 120 mg/g para o PFOA, mas para o PFBS é de apenas 35 mg/g. Além disso, o carvão ativado-modificado na superfície pode melhorar a adsorção seletiva de PFAS por meio de atração eletrostática ou ligação de hidrogênio. O carvão ativado-tratado com oxidação de ácido nítrico tem uma taxa de adsorção de PFOS 40% maior do que a de amostras não modificadas e permanece estável dentro da faixa de pH convencional da água potável .
Do ponto de vista dos padrões de purificação de água potável, os países impõem cada vez mais limites mais rigorosos aos PFAS. A EPA dos EUA divulgou requisitos em 2023 de que a concentração de PFOA e PFOS na água potável deveria ser inferior a 0,004 ng/L e 0,02 ng/L, respectivamente; a "Diretiva Água Potável" da UE estipula que a concentração total de PFAS deve ser<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.
Em aplicações práticas, a tecnologia de adsorção de carvão ativado também enfrenta três grandes desafios: primeiro, a competição pela adsorção entre PFAS e matéria orgânica natural; O NOM ocupará os sítios ativos na superfície do carvão ativado, resultando em uma redução de 20%-30% na taxa de remoção de PFAS; segundo, a dificuldade em ativar a regeneração de carbono, embora a regeneração em alta-temperatura possa restaurar o desempenho de adsorção, ela liberará produtos de decomposição de PFAS, causando poluição secundária; terceiro, o limite de precisão de detecção para PFAS de rastreamento é limitado, os métodos de detecção existentes têm um grande erro quantitativo para PFAS de ultra{5}}traços, tornando difícil verificar com precisão se o efeito de purificação atende aos padrões. No futuro, é necessário desenvolver carvão ativado PFAS dedicado com otimização colaborativa de "estrutura porosa{6}}grupo funcional de superfície", combinado com tecnologias de pré-tratamento e regeneração profunda, e estabelecer métodos de detecção de PFAS mais sensíveis para promover o alcance estável dos padrões de purificação de água potável por meio da tecnologia de adsorção de carvão ativado.