CN113811387A - 改性粘土吸附剂和使用其吸附pfas的方法 - Google Patents
改性粘土吸附剂和使用其吸附pfas的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113811387A CN113811387A CN202080032945.5A CN202080032945A CN113811387A CN 113811387 A CN113811387 A CN 113811387A CN 202080032945 A CN202080032945 A CN 202080032945A CN 113811387 A CN113811387 A CN 113811387A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- modified clay
- amine compounds
- clay
- sorbent
- modified
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004927 clay Substances 0.000 title claims abstract description 389
- 101001136034 Homo sapiens Phosphoribosylformylglycinamidine synthase Proteins 0.000 title claims abstract description 136
- 102100036473 Phosphoribosylformylglycinamidine synthase Human genes 0.000 title claims abstract description 136
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 103
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 150000005857 PFAS Chemical class 0.000 title description 74
- -1 PFAS compound Chemical class 0.000 claims abstract description 308
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims description 151
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 72
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 53
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 claims description 27
- 239000003760 tallow Substances 0.000 claims description 25
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 19
- LTNZEXKYNRNOGT-UHFFFAOYSA-N dequalinium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].C1=CC=C2[N+](CCCCCCCCCC[N+]3=C4C=CC=CC4=C(N)C=C3C)=C(C)C=C(N)C2=C1 LTNZEXKYNRNOGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims description 16
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229960001378 dequalinium chloride Drugs 0.000 claims description 15
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 14
- 150000003868 ammonium compounds Chemical group 0.000 claims description 13
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 13
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 12
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 11
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 11
- 229910052625 palygorskite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000001805 chlorine compounds Chemical group 0.000 claims description 9
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 150000001412 amines Chemical group 0.000 claims description 6
- 229960000892 attapulgite Drugs 0.000 claims description 6
- VNSBYDPZHCQWNB-UHFFFAOYSA-N calcium;aluminum;dioxido(oxo)silane;sodium;hydrate Chemical compound O.[Na].[Al].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O VNSBYDPZHCQWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 6
- 229910000271 hectorite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- KWLMIXQRALPRBC-UHFFFAOYSA-L hectorite Chemical compound [Li+].[OH-].[OH-].[Na+].[Mg+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O[Si]([O-])(O1)O[Si]1([O-])O2 KWLMIXQRALPRBC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910000276 sauconite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004113 Sepiolite Substances 0.000 claims description 5
- 229910000273 nontronite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000275 saponite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052624 sepiolite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000019355 sepiolite Nutrition 0.000 claims description 5
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 claims description 5
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 3
- 150000003856 quaternary ammonium compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 36
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 14
- YFSUTJLHUFNCNZ-UHFFFAOYSA-N perfluorooctane-1-sulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F YFSUTJLHUFNCNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N perfluorooctanoic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 229940092782 bentonite Drugs 0.000 description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 10
- 125000001797 benzyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])* 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000002045 capillary electrochromatography Methods 0.000 description 8
- 208000015636 celiac disease-epilepsy-cerebral calcification syndrome Diseases 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- JGTNAGYHADQMCM-UHFFFAOYSA-N perfluorobutanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F JGTNAGYHADQMCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 description 7
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 description 6
- YPJUNDFVDDCYIH-UHFFFAOYSA-N perfluorobutyric acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F YPJUNDFVDDCYIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QZHDEAJFRJCDMF-UHFFFAOYSA-N perfluorohexanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F QZHDEAJFRJCDMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 5
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 5
- UZUFPBIDKMEQEQ-UHFFFAOYSA-N perfluorononanoic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F UZUFPBIDKMEQEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- ZWBAMYVPMDSJGQ-UHFFFAOYSA-N perfluoroheptanoic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F ZWBAMYVPMDSJGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000000954 2-hydroxyethyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])O[H] 0.000 description 3
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 3
- 125000000656 azaniumyl group Chemical group [H][N+]([H])([H])[*] 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- IQDGSYLLQPDQDV-UHFFFAOYSA-N dimethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CNC IQDGSYLLQPDQDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012632 extractable Substances 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- PXUULQAPEKKVAH-UHFFFAOYSA-N perfluorohexanoic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F PXUULQAPEKKVAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021647 smectite Inorganic materials 0.000 description 3
- OQYNFBPKTVQOKO-UHFFFAOYSA-N 1,1-dichlorooctane Chemical compound CCCCCCCC(Cl)Cl OQYNFBPKTVQOKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LQSJUQMCZHVKES-UHFFFAOYSA-N 6-iodopyrimidin-4-amine Chemical compound NC1=CC(I)=NC=N1 LQSJUQMCZHVKES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N Dimethylamine Chemical compound CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N Dodecane Natural products CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 2
- SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N ammonium bromide Chemical group [NH4+].[Br-] SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000540 analysis of variance Methods 0.000 description 2
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 2
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- FLNKWZNWHZDGRT-UHFFFAOYSA-N azane;dihydrochloride Chemical compound [NH4+].[NH4+].[Cl-].[Cl-] FLNKWZNWHZDGRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- VFGVNLNBQPXBKA-UHFFFAOYSA-N diazanium;dibromide Chemical compound [NH4+].[NH4+].[Br-].[Br-] VFGVNLNBQPXBKA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003438 dodecyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 2
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 description 2
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052900 illite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M methyl sulfate(1-) Chemical compound COS([O-])(=O)=O JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L nonaaluminum;magnesium;tripotassium;1,3-dioxido-2,4,5-trioxa-1,3-disilabicyclo[1.1.1]pentane;iron(2+);oxygen(2-);fluoride;hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[F-].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2 VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 150000004010 onium ions Chemical class 0.000 description 2
- RRRXPPIDPYTNJG-UHFFFAOYSA-N perfluorooctanesulfonamide Chemical compound NS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F RRRXPPIDPYTNJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- YFSUTJLHUFNCNZ-UHFFFAOYSA-M 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-heptadecafluorooctane-1-sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F YFSUTJLHUFNCNZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GFTGIKFKYUNASX-UHFFFAOYSA-N 1,4-dichlorobut-2-ene;n-methylmethanamine Chemical compound CNC.ClCC=CCCl GFTGIKFKYUNASX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SNGREZUHAYWORS-JCDJMFQYSA-N 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-pentadecafluoro(1,2,3,4-13C4)octanoic acid Chemical compound O[13C](=O)[13C](F)(F)[13C](F)(F)[13C](F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F SNGREZUHAYWORS-JCDJMFQYSA-N 0.000 description 1
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSEBNABAWMZWIF-UHFFFAOYSA-N 2,3,3,3-tetrafluoro-2-(heptafluoropropoxy)propanoic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(C(F)(F)F)OC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F CSEBNABAWMZWIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JEQXRVXBIVDDSE-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyethyl-methyl-octadecylazanium;chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCCCC[NH+](C)CCO JEQXRVXBIVDDSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMUNIMVZCACZBB-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyethylazanium;chloride Chemical compound Cl.NCCO PMUNIMVZCACZBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TXGIGTRUEITPSC-UHFFFAOYSA-N 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexane-1-sulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F TXGIGTRUEITPSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 235000019733 Fish meal Nutrition 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002907 Guar gum Polymers 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 229920000289 Polyquaternium Polymers 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 108010073771 Soybean Proteins Proteins 0.000 description 1
- VBIIFPGSPJYLRR-UHFFFAOYSA-M Stearyltrimethylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C VBIIFPGSPJYLRR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 229920002310 Welan gum Polymers 0.000 description 1
- 229920006243 acrylic copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 125000005211 alkyl trimethyl ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- IPTLKMXBROVJJF-UHFFFAOYSA-N azanium;methyl sulfate Chemical compound N.COS(O)(=O)=O IPTLKMXBROVJJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052626 biotite Inorganic materials 0.000 description 1
- CRVGTESFCCXCTH-UHFFFAOYSA-O bis(2-hydroxyethyl)-methylazanium Chemical compound OCC[NH+](C)CCO CRVGTESFCCXCTH-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 150000001767 cationic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M cetyltrimethylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229940088560 citric acid / sodium bicarbonate Drugs 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- ONCZQWJXONKSMM-UHFFFAOYSA-N dialuminum;disodium;oxygen(2-);silicon(4+);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Na+].[Na+].[Al+3].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[Si+4] ONCZQWJXONKSMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000003292 diminished effect Effects 0.000 description 1
- YGANSGVIUGARFR-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxosilane oxo(oxoalumanyloxy)alumane oxygen(2-) Chemical compound [O--].[K+].[K+].O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O YGANSGVIUGARFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 125000004494 ethyl ester group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004467 fishmeal Substances 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000004746 geotextile Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000000665 guar gum Substances 0.000 description 1
- 235000010417 guar gum Nutrition 0.000 description 1
- 229960002154 guar gum Drugs 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- AKRQHOWXVSDJEF-UHFFFAOYSA-N heptane-1-sulfonic acid Chemical compound CCCCCCCS(O)(=O)=O AKRQHOWXVSDJEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000003864 humus Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002768 hydroxyalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 238000004895 liquid chromatography mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- NQMRYBIKMRVZLB-UHFFFAOYSA-N methylamine hydrochloride Chemical compound [Cl-].[NH3+]C NQMRYBIKMRVZLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052627 muscovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012802 nanoclay Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- BDDIUTHMWNWMRJ-UHFFFAOYSA-N octane;hydrobromide Chemical compound Br.CCCCCCCC BDDIUTHMWNWMRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052615 phyllosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical group 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 229940080314 sodium bentonite Drugs 0.000 description 1
- 229910000280 sodium bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940001941 soy protein Drugs 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000247 superabsorbent polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XFNJVJPLKCPIBV-UHFFFAOYSA-N trimethylenediamine Natural products NCCCN XFNJVJPLKCPIBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMMDBKGUDMBUSR-UHFFFAOYSA-M tris-decyl(methyl)azanium;chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCC[N+](C)(CCCCCCCCCC)CCCCCCCCCC UMMDBKGUDMBUSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000004417 unsaturated alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 1
- 239000000230 xanthan gum Substances 0.000 description 1
- 235000010493 xanthan gum Nutrition 0.000 description 1
- 229940082509 xanthan gum Drugs 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
- B01J20/12—Naturally occurring clays or bleaching earth
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
- B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
- B01J20/3242—Layers with a functional group, e.g. an affinity material, a ligand, a reactant or a complexing group
- B01J20/3244—Non-macromolecular compounds
- B01J20/3246—Non-macromolecular compounds having a well defined chemical structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
- B09C1/002—Reclamation of contaminated soil involving in-situ ground water treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
- B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/285—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C2101/00—In situ
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/06—Contaminated groundwater or leachate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
一种从污染环境中吸附PFAS化合物的方法可以包含将改性粘土吸附剂与所述环境混合。所述改性粘土可以包含嵌入有单季胺化合物和二季胺化合物的共混物的粘土。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年5月22日提交的美国临时专利申请第62/851,431号的优先权的权益，所述美国临时专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及吸附PFAS化合物的方法，并且具体地涉及使用用一种或多种双官能季胺化合物改性的粘土吸附PFAS化合物的方法。
背景技术
全氟化合物(PFC)应用广泛，并且因此已成为全球关注的水环境污染问题。全氟和多氟烷基物质(通常被统称为PFAS)是一组人造化学品，包含PFOA、PFOS、GenX和许多其它化学品。自1940年代以来，PFAS已被制造并且用于各种行业，包含在美国。全氟辛烷磺酸(PFOS)是典型的PFC之一，并且已在许多行业中用作表面活性剂、阻燃剂、润滑剂和聚合物添加剂。全氟辛酸(PFOA)和PFOS已是这些化学品中生产和研究最广泛的。PFC会随时间推移在人体中积累，并且许多不会自然分解。PFAS暴露已被证明对人类健康有害。从废水源中去除PFC对于防止天然水道的污染至关重要。由于PFC通常非常稳定，因此使用一些常规技术(包含生物降解、氧化和还原)，其很难在周围环境中分解。吸附已被用作利用常规吸附剂(包含活性炭、树脂和生物吸附剂)从废水、土壤和其它污染源中有效去除PFC的替代性方法。
发明内容
需要改善从土壤、废水和其它污染源中吸附PFAS化合物的方法。
一种根据本公开的改性粘土吸附剂可以包含嵌入有一种或多种二季胺化合物和一种或多种单季胺化合物的粘土，其中按所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的摩尔百分比存在。
一种根据本公开的改性粘土吸附剂可以包含第一改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土；以及第二改性粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土。所述第二改性粘土可以以这样的量存在于改性粘土吸附剂中，使得按所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在。
一种根据本公开的从污染样品或环境中吸附PFAS化合物的方法可以包含将改性粘土吸附剂与所述样品或环境混合，其中所述改性粘土吸附剂包括嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土，其中所述二季胺化合物是地喹氯铵和/或式(I)化合物
其中X是氯离子，并且R1是具有1到13个碳的脂肪族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自脂肪族基团和芳香族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是具有8个或更多个碳的脂肪族基团或芳香族基团。
一种根据本公开的从污染样品或环境中吸附PFAS化合物的方法可以包含将改性粘土吸附剂与所述样品混合，其中所述改性粘土吸附剂包括嵌入有一种或多种单季胺化合物和一种或多种二季胺化合物的粘土，并且按所述改性粘土吸附剂中的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在。
一种从污染样品或环境中吸附PFAS化合物的方法可以包含将改性粘土吸附剂与所述样品或环境混合，其中所述改性粘土吸附剂包括第一改性粘土和第二改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土，其中选择所述第一改性粘土的量与所述第二改性粘土的量的比率，使得按与所述样品或环境混合的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在。
附图说明
图1是示出了根据本公开的化合物和对比化合物通过化合物从地下水中去除PFAS的百分比的图；
图2是示出了如在实际地下水样品中测试的从根据本公开的化合物中对PFAS的吸附等温线的图；
图3是PFAS吸附性能模型的等高线图，示出了如在实际地下水样品中测试的对长链PFAS的吸附；
图4是PFAS吸附性能模型的等高线图，示出了如在实际地下水样品中测试的对当前普遍经调节的PFAS的吸附；
图5是示出了PFAS吸附的图，其包含总PFAS、长链PFAS和短链PFAS，以如实际地下水样品中测试的PFAS去除百分比表示；
图6是示出了对比PFAS吸附的图，其比较了羧化PFAS和磺化PFAS的吸附，表示为如实验室制备的PFAS水中测试的PFAS去除百分比；
图7是示出了对比PFAS吸附的图，其比较了所选羧化PFAS和磺化PFAS的吸附，表示为如实验室制备的PFAS水中测试的PFAS去除百分比；并且
图8是示出了如在实验室制备的PFAS水中测试的从根据本公开的化合物中对PFAS的吸附等温线的图。
具体实施方式
本文公开了用于吸附PFAS化合物的改性粘土吸附剂。根据实施例，改性粘土吸附剂包含用一种或多种单季胺化合物和一种或多种二季胺化合物的共混物改性的粘土组分。在实施例中，改性粘土吸附剂可以用一种或多种二季胺化合物改性。在实施例中，从污染样品或环境中吸附PFAS化合物的方法可包含使所述样品或环境接触或以其它方式暴露于一种或多种改性粘土吸附剂。在此类实施例中，改性粘土吸附剂可以用二季胺化合物或用单季胺化合物和二季胺化合物的共混物改性。在本文中实施例中的任何实施例中，粘土可以用超过一种单季胺化合物和/或超过一种二季胺化合物改性。已有利地发现，根据本公开的改性粘土吸附剂和吸附PFAS化合物的方法可以具有改善的PFAS吸附剂容量和/或效率。进一步地，本公开的改性粘土吸附剂可以在存在共污染物如油的情况下有效吸附PFAS。
根据本公开的实施例的改性粘土吸附剂可以通过使粘土与一种或多种季胺化合物或季胺化合物的共混物反应来制备。所述反应在用一种或多种季胺化合物嵌入粘土的条件下进行。根据实施例，改性粘土吸附剂可以包含嵌入有一种或多种单季胺化合物和一种或多种二季胺化合物的粘土。在实施例中，改性粘土吸附剂可以包含嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土。根据实施例，改性粘土吸附剂共混物可以包含嵌入有一种或多种单季胺化合物的第一粘土和嵌入有一种或多种二季胺化合物的第二粘土的共混物。
对粘土改性以嵌入季胺化合物可以根据本领域任何已知方法(包含湿法加工方法和干法、基于挤出的方法)进行。在实施例中，反应可以包含在粘土中每可交换阳离子混合大约1分子的季铵盐。例如，季胺化合物或化合物共混物可以与水混合，并且然后可以将粘土添加到混合物中以使粘土与多官能季胺化合物反应。然后可以将混合物干燥并研磨成颗粒或粉末以供使用。
本公开的吸附剂应理解为可以通过将污染物吸附到改性粘土吸附剂而与污染物结合、固定或以其它方式缔合的试剂。如本文所指的“吸附”应理解为包含污染物吸附到吸附剂的表面和/或污染物吸附到全部或部分吸附剂中。
在本文所公开的实施例中的任何实施例中，粘土可以是页硅酸盐，如蒙脱石粘土矿物，例如蒙脱石，特别是钠蒙脱石；镁蒙脱石和/或钙蒙脱石；凹凸棒石、热处理凹凸棒石、绿钛矿；贝得石；铬膨润石；锂蒙脱石；皂石；锌蒙脱石；斯堡卡石；硅镁石；斯文弗石；蛭石；坡缕石；卡龙石；海泡石等。其它有用的层状材料包含云母矿物，如伊利石、克林脱石、白云母、黑云母等和混合的层状伊利石/蒙脱石矿物，如累托石、塔罗索夫石、雷迪克石和伊利石与上述粘土矿物的混合物。
在实施例中，可溶胀的层状材料是2:1类型的层状硅酸盐，其在层上具有每式单位约0.15到约0.9个电荷范围的负电荷并且在层间空间中具有相称数量的可交换金属阳离子。最优选的层状材料是绿土粘土矿物，如蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬膨润石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、斯堡卡石、硅镁石和斯文弗石。
具有单季和二季共混物的改性粘土吸附剂和改性粘土吸附剂共混物
在实施例中，改性粘土吸附剂包含嵌入有一种或多种单季胺化合物和更多或更多种二季胺化合物的共混物的粘土。还可以或可替代地提供改性粘土吸附剂，其具有第一改性粘土和第二改性粘土，所述第一改性粘土具有嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土，所述第二改性粘土具有嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土。具有第一改性粘土和第二改性粘土的改性粘土吸附剂可以作为单一共混组合物或作为要添加到污染源的单独组分提供。污染源在本文中也可互换地称为污染样品和污染环境。本文进一步设想了具有第一改性粘土和第二改性粘土的改性粘土吸附剂可以包含嵌入有一种或多种单季胺化合物和一种或多种二季胺化合物的共混物的另外的粘土。根据本公开的改性粘土吸附剂可以包含任何合适数量的改性粘土组分，包含例如多种粘土组分，所述多种粘土组分嵌入有不同的单季胺化合物与二季胺化合物比率下的单季胺和二季胺化合物的共混物。进一步地，具有本公开的改性粘土吸附剂可以包含未改性的粘土。本公开的改性粘土吸附剂可以提供有所有或一些预共混的组分，以单独添加到污染源中以去除PFAS。可替代地，可以提供一种或多种组分以单独添加到污染源中。在实施例中，改性粘土吸附剂，无论是单组分共混物、用季胺化合物的共混物改性的单粘土组分还是单独的组分，都可以由一种或多种二季胺化合物和一种或多种单季胺化合物组成。即，吸附剂可以仅包含双官能和单官能季胺化合物。
已有利地发现，按改性粘土吸附剂中的季胺化合物的总摩尔数计，包含约25mol％到约95mol％的二季胺化合物显著改善了PFAS化合物的去除，并且尤其是长链PFAS化合物、短链PFAS化合物和当前普遍经调节的PFAS化合物的去除。在其中改性粘土吸附剂作为单独组分提供的实施例中，将组分添加到污染样品或环境中，使得按添加到所述污染样品或环境的季胺化合物的总摩尔数计，二季胺化合物的量为约25mol％到约95mol％。如本文所用，“长链PFAS化合物”是指具有6个或更多个碳的PFAS化合物。如本文所用，“短链PFAS化合物”是指具有少于6个碳的PFAS化合物。如本文所用，“经调节的PFAS化合物”包含全氟壬酸(PFNA)、全氟辛酸(PFOA)、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟己烷磺酸(PFHxS)和全氟庚酸(PFHpA)。
在实施例中，改性粘土吸附剂包含一种或多种二季胺化合物，其摩尔量按吸附剂中的季胺化合物的总量计为约25mol％到约95mol％、约30mol％到约70mol％、约25mol％到约50mol％、约30mol％到约50mol％、约25mol％到约40mol％、约25mol％到约30mol％。其它合适量的二季胺化合物包含约25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、95mol％。在其中存在来自吸附剂的可萃取物不利的应用中，将二季胺化合物的量限制到约50mol％的上限可能是有用的。
有利地发现，本公开的改性粘土吸附剂或改性粘土吸附剂共混物具有高PFAS去除容量和效率。与使用单季胺化合物的常规粘土吸附剂相比，PFAS去除容量和效率的这种改善可以允许利用更少的吸附剂从污染源中去除相同或基本上相同百分比的PFAS。进一步，改善的去除效率可以允许高流速的材料被泵送通过本公开的改性粘土吸附剂和改性粘土吸附剂共混物，从而改善整体设备效率。
不受理论的束缚，据信单季胺化合物和二季胺化合物的组合在粘土片晶之间引入静电力，这可以允许PFAS更好地进入吸附剂材料的内部。这与由季胺化合物并且特别是单季胺化合物提供的疏水性一起被认为导致吸附剂容量和效率的改善。此外，据信包含比单季胺化合物更亲水的二季胺化合物可以改善短链PFAS分子的吸附，所述分子可以被吸附剂的更亲水组分吸引。因此，平衡如本文所公开的单季胺化合物和二季胺化合物的量可以改善总阴离子PFAS分子的吸附。在低于约25mol％的水平下，由二季胺化合物提供的有吸引力的静电贡献不足以显示益处。在高于50mol％的水平下，具有单季胺化合物和二季胺化合物两者的改性粘土吸附剂的可萃取物的量增加，这在一些去除应用中可能是不期望的。在其中可提取物无关紧要的实施例中，可以使用上限为95mol％的二季胺化合物。进一步地，不受理论的束缚，据信高于95％mol％的二季胺化合物的量会导致粘土表面的疏水性的降低，这降低了吸附PFAS分子的疏水吸引力。此外，由于单季胺化合物所赋予的空间位阻，包含更高分子量、更长链的单季胺化合物可以降低粘土片晶之间的桥连趋势。
进一步发现用季胺化合物嵌入粘土达到粘土的阳离子交换容量的至少约50％是有利的。例如，粘土可以嵌入到粘土的CEC的约50％到约120％、约80％到约100％、约60％到约90％或约75％到约115％。其它合适的值包含约50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118和120％CEC。在其中改性粘土吸附剂包含嵌入有单季化合物的第一粘土和嵌入有一种或多种二季化合物的第二粘土的实施例中，所述第一粘土和所述第二粘土可以嵌入到相同或不同的CEC。
图3和图4是基于下文实例3中详细描述的振动器测试的方差分析(ANOVA)模型的等高线图。图3是对长链PFAS分子的吸附的等高线图。所述模型的R2值为0.9469，并且经过调整的R2值为0.9204，这证明所述模型与数据拟合良好。图4是对经调节的PFAS分子的吸附的等高线图，所述分子包含短链和长链PFAS。所述模型的R2值为0.8892，并且经过调整的R2值为0.8337，这证明所述模型与数据拟合良好。这些图展示了具有25到95mol％二季胺化合物的改性吸附剂和共混物在吸附方面的有益改善。如模型所展示的，本发明人已发现性能与按吸附剂中的季胺化合物总量计的二季胺化合物存在量之间的显著相互作用，这在本领域先前是未知的和出乎意料的。
在实施例中，二季胺化合物可以是具有至少18个碳的二季胺化合物。已有利地发现，在改性粘土吸附剂中，具有小头基和疏水性的二季胺化合物与单季胺化合物组合很好地起作用，以显著提高改性粘土吸附剂的去除效率和容量。
例如，改性粘土吸附剂可以包含地喹氯铵(本文中被称为Q1)作为二季胺化合物或二季胺化合物之一：
例如，改性粘土吸附剂可以包含式(I)化合物作为二季胺化合物或二季胺化合物之一：
其中X是氯离子，并且R1是具有1到13个碳的脂肪族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自脂肪族基团和芳香族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是具有8个或更多个碳的脂肪族基团或芳香族基团。任选地，R2、R3、R4、R5、R6和R7中的所述至少一个可以是脂肪族牛脂基团。例如，R2、R3、R4、R5和R7中的每一个可以是方法，并且R6可以是脂肪族牛脂基团。
例如，二季胺化合物可以是式(II)化合物(本文中被称为Q4)：
例如，所述式I化合物可以是牛脂二胺五甲基丙二铵盐酸盐(57％)。
其它合适的二季胺化合物可以包含以下中的一种或多种：N1,N3-二(十二烷基)-2-羟基-N1,N1,N3,N3-四甲基-1,3-丙二铵氯化物(1:2)、1,1'-(1,10-癸烷二基)双-4-氮杂-1-氮正离子杂双环[2.2.2]辛烷溴化物(1:2)、α-[4-[三(2-羟乙基)铵基]-2-丁烯-1-基]-ω-[三(2-羟乙基)铵基]-聚[(二甲基亚铵基)-2-丁烯-1,4-二基氯化物(1:1)]氯化物(1:2)、四氢[μ-(N1,N1,N2,N2-四甲基-1,2-乙二胺-κN1:κN2)]双[(1R,2S,3R,5R)-2,6,6-三甲基双环[3.1.1]庚-3-基]二-硼；四氢[μ-(N1,N1,N2,N2-四甲基-1,2-乙二胺-κN1:κN2)]双[rel-(1R,2S,3R,5R)-2,6,6-三甲基双环[3.1.1]庚-3-基]二-硼；聚[(二甲基亚铵基)-1,3-丙二基(二甲基亚铵基)-1,6-己二基溴化物(1:2)]；1,1'-(1,6-己二基)双[3-(苯甲基)-1-氮正离子杂双环[2.2.2]辛烷二氯化物(9CI)；聚[氧基-1,2-乙二基(二甲基亚铵基)-1,2-乙二基(二甲基亚铵基)-1,2-乙二基氯化物(1:2)]；N1-[2-[二甲基[2-(十八烷氧基)-2-氧代乙基]铵基]乙基]-N1,N2,N2-三甲基-N1,N2-双[2-(十八烷氧基)-2-氧代乙基]-1,2-乙二铵氯化物(1:3)；N1,N1,N1,N3,N3-五甲基-N3-(9Z)-9-十八烯-1-基-1,3-丙二铵氯化物(1:2)；N1,N1,N12,N12-四甲基-N1,N12-二辛基-1,12-十二烷二铵溴化物(1:2)；N1-[3-[双(2-羟乙基)甲基铵基]丙基]-N1-[3-(十二烷氧基)-2-羟丙基]-N1,N3-双(2-羟乙基)-N1,N3-二甲基-1,3-丙二铵甲基硫酸盐(1:3)；[R-(E)]-N-[2-[(12-羟基-1-氧代-9-十八烯基)氨基]乙基]-N,N,N',N',N'-五甲基-1,3-丙二铵二氯化物(9CI)；N1,N1,N12,N12-四甲基-N1,N12-双(苯甲基)-1,12-十二烷二铵氯化物(1:2)；N1,N12-二乙基-N1,N1,N12,N12-四甲基-1,12-十二烷二铵溴化物(1:2)；N1,N12-二乙基-N1,N1,N12,N12-四甲基-1,12-十二烷二铵氯化物(1:2)；牛油二胺牛油五甲基丙二铵盐酸盐(Duoquad T50，由阿克苏公司(Akzo)制造)作为50％的异丙醇溶液；乙氧基化N-牛脂烷基三亚甲基二胺；十二烷基/十四烷基氧基丙基-1,3-二氨基丙烷。
根据实施例，单季胺化合物可以是具有至少8个碳的单季胺化合物。例如，单季胺化合物可以是带有具有至少8个碳的烷基的长链烷基铵化合物。在实施例中，单季胺可以具有至少14个碳。可以使用任何此类已知的单季化合物。例如，合适的单季胺化合物公开于美国专利申请公开第2004/00185109号中，所述美国专利申请公开的相关公开内容通过引用并入本文。例如，单季胺化合物可以是含有至少一个具有12到22个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和烷基的铵阳离子。其余基团可以选自(a)具有1到22个碳原子的直链或支链烷基；(b)芳烷基，其是苄基和经取代的苄基部分，包含在结构的烷基部分具有直链或支链的1到22个碳原子的稠环部分；(c)芳基，如苄基和经取代的苄基，包含稠环芳香族取代基；(d)具有大小或更少的碳的β-不饱和基团、γ-不饱和基团或具有2到6个碳原子的氢烷基；以及(e)氢。
用于嵌入在粘土中的合适的单季胺是本领域公知的。鎓离子通常可以通过下式表示：
用于处理粘土的优选的单季胺化合物试剂可以是一种或多种鎓盐化合物，通常由下式表示：
其中Q＝N、P、S；
其中A＝卤离子、乙酸根、甲基硫酸根、氢氧根，优选地氯离子；
其中R1、R2、R3和R4独立地是有机部分，或低聚部分或氢。美国专利第6,376,591号公开了合适的化合物，并且相关公开内容特此通过引用并入。有用的有机部分的实例包含但不限于具有1到约24个碳原子的直链或支链烷基、苄基、芳基或芳烷基部分。
合适的单季胺化合物包含例如双(氢化牛脂烷基)二甲基氯化铵(
2HT)；苄基双(氢化牛脂烷基)甲基氯化铵(
M2HTB)；二(牛油烷基化乙酯)二甲基氯化铵(
DE-T)；苄基(氢化牛脂烷基)二甲基氯化铵(
DMHTB)；三十六烷基甲基氯化铵(
316)；牛油烷基三甲基氯化铵(
T-27W和
T-50)；十六烷基三甲基氯化铵(
16-29W和
16-50)；十八烷基三甲基氯化铵(
18-50(m))；以及二甲基氢化牛脂-2-乙基己基甲基硫酸铵；二甲基二(C14-C18烷基)氯化铵(
442)(赢创公司)。
鎓离子可以被官能化，如质子化的α,ε-氨基酸，其中通式为(H3N-(CH2)n-COOH)。烷氧基化季铵氯化物化合物可以包含美国专利第5,366,647号中公开的那些，所述美国专利的相关公开内容通过引用特此并入。合适发的化合物的实例可以包含椰油烷基甲基双(2-羟乙基)氯化铵(
C/12)；十八烷基甲基[聚氧乙烯(15)]氯化铵(
8/25)；以及十八烷基甲基(2-羟乙基)氯化铵(Ethoquad 18/12)。
本公开的改性粘土吸附剂可以进一步包含一种或多种添加剂。添加剂可以包含例如粘合剂、分散助剂和功能性添加剂。例如，分散助剂可以是丙烯酸共聚物或生物聚合物中的一种或多种，如瓜尔胶、黄原胶、威兰胶、纤维素、多糖、淀粉、乳酸、聚酯、柠檬酸/碳酸氢钠、大豆蛋白和其组合。粘合剂可以包含任何合适的粘合剂，如淀粉、超吸收性聚合物和粘土。功能性添加剂可以包含例如活性炭、无烟煤、焦炭、富含有机物的表土、富含有机物的沉积物、腐殖质、磷灰石、沸石、富含铁矿石的材料、有机页岩、石灰、石膏、元素硫、铝土矿、鱼粉、零价铁和/或铁、锰和/或铝的氧化物或氢氧化物以及其组合中的一种或多种。可以包含例如对于其中使用改性粘土吸附剂的特定应用或环境所需要的任何其它添加剂。
用改性粘土吸附剂和改性粘土吸附剂共混物吸附PFAS的方法
在实施例中，改性粘土吸附剂可以与PFAS污染土壤混合以结合和固定PFAS。在实施例中，改性粘土吸附剂可以与水泥掺合物混合到PFAS污染土壤中以结合和固定PFAS。在实施例中，可以将改性粘土吸附剂添加到容器并且可以将PFAS污染的水或其它来源泵送通过容器以与改性粘土吸附剂相互作用并从水中去除PFAS。在实施例中，改性粘土吸附剂可以用于与活性炭、离子交换树脂和其它PFAS去除介质容器一致的处理容器中。在实施例中，改性粘土吸附剂可以用于“泥浆壁”构造以防止PFAS在地下水中的地下扩散。在实施例中，改性粘土吸附剂可以悬浮在水中并且注入到受污染的地下水羽流中。在实施例中，改性粘土吸附剂可以包含在土工织物垫中以放置在污染源中或之上，如在河流、湖泊和海洋的底部，以防止PFAS化合物扩散到更大的水体中。
在其中所述方法包含使用具有第一改性粘土和第二改性粘土的共混物的改性粘土吸附剂的实施例中，所述共混物可以作为单一组合物提供，用于单次添加到污染源。可替代地，第一改性粘土和第二改性粘土可以作为单独的组分提供，用于单独添加。在此类实施例中，第一改性粘土可以与第二改性粘土同时加入。在实施例中，第一改性粘土和第二改性粘土可以以任一顺序顺序地添加。所述方法可以进一步包含添加另外的组分，例如第三改性粘土。第三改性粘土可以例如嵌入有单季胺化合物和二季胺化合物的共混物。
在实施例中，用于吸附PFAS的试剂盒可以包含嵌入有单季胺化合物的第一改性粘土和嵌入有二季胺化合物的第二改性粘土。所述试剂盒可以进一步包含用于以约75:25到约5:95或约75:25到约50:50的单季胺化合物:二季胺化合物的摩尔比添加第一改性粘土和第二改性粘土的说明。换句话说，所述试剂盒可以包含用于添加改性粘土冰糕的组分使得添加到样品或环境的二季胺化合物的总量为添加到样品或环境的季胺化合物的总摩尔数的约25mol％到约95mol％的说明。例如单季胺化合物:二季胺化合物的摩尔比可以为约75:25到约50:50、约80:20到约60:40和约75:25到约70:30或约40:60到约10:90。摩尔比可以包含用于改性粘土吸附剂和改性粘土吸附剂共混物的二季胺化合物的前述量的任何量。所述试剂盒可以进一步包含用于同时或顺序添加第一改性粘土和第二改性粘土的说明。
在实施例中，用于吸附PFAS的试剂盒可以包含改性粘土吸附剂，所述改性粘土吸附剂包含单一共混材料，所述单一共混材料含有嵌入有单季胺化合物的第一改性粘土和嵌入有二季胺化合物的第二改性粘土。所述试剂盒可以进一步包含一种或多种另外的改性粘土，所述一种或多种另外的改性粘土嵌入有一种或多种单季胺化合物或一种或多种二季胺化合物。所述试剂盒可以进一步包含用于将一种或多种另外的改性粘土与改性粘土吸附剂共混物同时或顺序地添加到污染源，从而允许对于给定的污染源，现场修改单季胺化合物与二季胺化合物的摩尔比的说明。
用二季胺化合物改性的粘土吸附PFAS的方法
在仍另外的实施例中，吸附PFAS的方法可以包含使污染源与粘土吸附剂接触，所述粘土吸附剂嵌入有以下之一或两者：地喹氯铵(在本文中称为Q1)：
以及式(I)化合物：
其中X是氯离子，并且R1是具有1到13个碳的脂肪族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自脂肪族基团和芳香族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是具有8个或更多个碳的脂肪族基团或芳香族基团。任选地，R2、R3、R4、R5、R6和R7中的所述至少一个可以是脂肪族牛脂基团。例如，R2、R3、R4、R5和R7中的每一个可以是方法，并且R6可以是脂肪族牛脂基团。
例如，所述式I化合物可以更具体地是式(II)化合物(本文中被称为Q4)：
例如，所述式(I)化合物可以是牛脂二胺五甲基丙二铵盐酸盐(57％)。
已经令人惊讶地发现，用Q1或Q4之一或两者改性的粘土比用单季胺化合物和以下多官能化合物改性的粘土更有效地吸附PFAS化合物：
溴化十烃季胺(本文中被称为Q2)：
氯化六烃季铵(Q3)。
如图1所展示的，与Q2和Q3改性粘土(比较实例)相比，Q1改性粘土和Q4改性粘土去除了三倍或更多的PFAS。图2展示了，与Q1改性粘土相比，Q4改性粘土吸附了显著更多的PFAS化合物，这表明二季铵化合物的结构可能会影响吸附容量。在图1和2的实例中的每个实例中，粘土都是膨润土。
在用改性粘土吸附剂吸附PFAS的方法的实施例中的任何实施例中，改性粘土吸附剂可以以多种形式提供。例如，所述方法可以包含流通容器、反应性针刺垫、刚性金属筐和批处理。例如，改性粘土吸附剂可以通过原位稳定方法、通过与水泥和/或土壤的混合物以及泵送和处理类型的应用，作为反应性芯垫施加于污染源。PFAS化合物可以在污染的各个阶段被吸附。例如，改性粘土吸附剂可以施加于污染源处，例如直接施加灭火泡沫的部位。土壤、地下水和地表水也可能被PFAS化合物污染，并且可以在这些地点中的一个或多个地点进行处理。本公开的方法可以根据需要进行PFAS化合物修复的位置和环境进行定制。例如，在实施例中，可以施加干颗粒混合物或反应性垫。在其它实施例中，可以使用浆料和其它湿法施加。施加方法可以包含固体混合。在实施例中，这可以包含在土壤中钻孔和/或挖沟并且分配改性粘土冰糕并混合到土壤中。在改性粘土吸附剂的浆料或其它湿法施加有用的情况下，可以使用喷射喷涂施加。
例如，在实施例中，污染废水流或其它废物环境可以通过使污染水通过改性粘土吸附剂的床来处理。在实施例中，污染水与改性粘土吸附剂床的接触时间为至少1分钟。
在实施例中，从污染废水流或其它废物环境中吸附PFAS化合物的方法可以包含使污染水流与改性粘土吸附剂在预填充的前导垫或金属筐中接触。
在实施例中，从污染废水流或其它废物环境中吸附PFAS化合物的方法可以包含将呈颗粒或粉末形式的改性粘土吸附剂递送到水体中，使得改性粘土吸附剂形成可渗透的反应性阻挡层。
在实施例中，从污染废水流或其它废物环境中吸附PFAS化合物的方法可以包含通过将改性粘土罐与污染水在反应容器中混合来处理在反应容器中的污染水。
在实施例中，从污染废水流或其它废物环境中吸附PFAS化合物的方法可以包含将改性粘土悬浮在水中并注入到受污染的地下水羽流中。
实例
实例1
以下实例展示了使用双阳离子分子(被称为“季铵盐”)形成疏水改性蒙脱石粘土。样品1和4以及比较样品2和3中使用的化合物至少是永久双阳离子的，这意味着所述化合物每分子含有两个永久季铵基团。在样品1的地喹氯铵的情况下，分子具有两个另外的伯胺基团，在中性pH值下，所述伯胺基团也可以在水中质子化，导致每分子带有四个阳离子电荷。阳离子化合物在表1中列出。
表1.列出多阳离子分子
使用桨式搅拌器在水中制备样品1和比较样品2和3。用于制备实例的粘土是来自怀俄明州(Wyoming)的天然钠膨润土。粘土是Volclay API Gel NT，其是可从美国胶体公司(American Colloid Company)(伊利诺伊州霍夫曼庄园(Hoffman Estates,IL))获得的200目膨润土。
样品1
将5.08克的地喹氯铵(Q1)添加到116毫升水并加热到75-80℃。使用机械桨式混合器分散混合物，因为季胺化合物不易溶于水。粘土(14.47克)在15分钟的过程内以小增量添加到溶液。在添加期间，混合物变得非常粘稠。随着继续混合和粘土添加，粘度降低。通过过滤分离改性粘土并用200mL的去离子水冲洗。样品在空气对流烘箱中在80℃下干燥过夜。然后使用研钵和研杵将样品研磨成亚250目的粉末。
比较样品2
将5.00克的溴化十烃季胺(Q2)添加到147毫升水并加热到75-80℃。使用机械桨式混合器分散混合物，因为季胺盐不易溶于水。粘土(18.25克)在15分钟的过程内以小增量添加到溶液。在添加期间，混合物变得非常粘稠。随着继续混合和粘土添加，粘度降低。通过过滤分离改性粘土并用200mL的去离子水冲洗。样品在空气对流烘箱中在80℃下干燥过夜。然后使用研钵和研杵将样品研磨成亚250目的粉末。
比较样品3
将5.00克的溴化十烃季胺(Q3)添加到222.9毫升水并加热到75-80℃。使用机械桨式混合器分散混合物，因为季胺盐不易溶于水。粘土(27.3克)在15分钟的过程内以小增量添加到溶液。在添加期间，混合物变得非常粘稠。随着继续混合和粘土添加，粘度降低。通过过滤分离改性粘土并用200mL的去离子水冲洗。样品在空气对流烘箱中在80℃下干燥过夜。然后使用研钵和研杵将样品研磨成亚250目的粉末。
样品4
实例4中使用的多阳离子季铵盐为牛脂二胺五甲基丙二铵盐酸盐，在表1中作为Q4列出。Q4季铵盐是作为乙醇和水(ETOH:H2O，65:35)的混合物中的57％活性溶液从赢创公司(Adogen 477D)购买的。粘土是Volclay API Gel NT。在此实例中没有使用额外的水。实例4通过在带有面糊搅拌桨的厨房辅助台混合器(Kitchen Aid Stand mixer)中对粘土(800克)和Q4季铵盐(474克)进行组合持续15分钟来制备。然后使用霍巴特绞肉机(型号#4812)在随后的挤出步骤中加工混合物。将样品再挤出两次以确保均匀性。改性粘土用2000mL的去离子水冲洗。样品在空气对流烘箱中在80℃下干燥过夜。然后使用电动研磨机将样品研磨成亚250目粉末。
PFAS去除实验
使用从位于PFAS污染场地附近的监测井中获得的地下水样品来评估去除效率。样品制备如下。将250mL母体PFAS水添加到聚丙烯螺旋盖小瓶。称重300mg的每种吸附剂并且添加到小瓶中。将小瓶以100RPM放置于定轨振荡器上持续18小时。在测试之前将样品离心以去除悬浮固体。科罗拉多矿业学院通过液相色谱法-质谱联用(LCMSMS)对水中的PFAS化合物进行定量。
表2.母体水样品中的PFAS化合物的定量。
| 分析物 | 浓度(NG/L) |
| 全氟丁酸(PFBA) | 172 |
| 全氟戊酸(PFPEA) | 1720 |
| 全氟己酸(PFHXA) | 4895 |
| 全氟庚酸(PFHPA) | 724 |
| 全氟辛酸(PFOA) | 11427 |
| 全氟壬酸(PFNA) | 78 |
| 全氟丁烷磺酸(PFBS) | 223 |
| 全氟己烷磺酸(PFHXS) | 25061 |
| 全氟庚烷磺酸(PFHPS) | 902 |
| 全氟辛烷磺酸(PFOS) | 22745 |
| 1H,1H,2H,2H-全氟己烷磺酸盐(4:2 FTS) | 82 |
| 全氟辛烷磺酰胺(FOSA) | 790 |
| 全氟-N-[1,2,3,4-13C4]辛酸(6:2 FTS-MPFOA) | 9580 |
| 1H,1H,2H,2H-全氟癸烷磺酸盐(8:2) | 826 |
| 全氟丁基磺酸盐(PFPRS-MPFBS) | 51 |
| 总计(NG/L) | 79276 |
单独的PFAS化合物的去除结果如下表3所示。在表3中，报告了去除百分比(％remov)。
表3.在250mL的实际地下水中使用300mg二季铵化合物改性粘土Q1-Q4对特异性PFAS化合物的去除百分比
表3，续
总去除结果如下表4所示。
表4.100％多季铵盐粘土系统的去除效率总结
实例2
使用溶液工艺制备根据本公开的实施例的粘土吸附剂，所述粘土吸附剂具有用单季胺化合物/二季胺化合物共混物官能化的粘土。单季胺化合物和二季胺化合物的量在下表6中示出。另外地，还测试了粘土对不同阳离子交换容量的处理，并且每个样品的CEC处理水平也在表6中示出。
改性粘土如下制备。使用1升金属杯盛装700ml的去离子水。将杯子放置在配备有顶部搅拌器的热板上。将水加热到70℃并使用搅拌刀片以200RPM搅拌。以小增量缓慢添加膨润土(Volcay API Gel NT)，留出时间进行水合，并搅拌10分钟。将单季胺化合物和二季胺化合物分别称重并添加。
442(赢创公司)，二甲基二(C14-C18烷基)氯化铵用作单季胺化合物。
447(赢创公司)，牛油二胺五甲基二氯用作二季胺化合物。将单季胺化合物缓慢添加到膨润土粘土水混合物并搅拌10分钟。接着缓慢添加二季胺化合物并混合持续10分钟。然后将样品搅拌两小时，维持温度范围为70-75℃。将混合物真空过滤并在Whatman#1滤纸上收集固体。然后用1000ml的水冲洗固体。收集固体并将所述固体在加热到60-65℃的温度的800mL的去离子水中冲洗。样品以200RPM搅拌4小时。然后第二次真空过滤固体并用2500mL的去离子水冲洗。然后将固体转移到玻璃盘中并在50℃下干燥16小时。然后使用配备0.2μm筛网的Retsch研磨机研磨材料。
PFAS吸附测试是通过将3mg的改性粘土吸附剂共混物添加到螺旋盖
HDPE瓶中的500ml水样品中进行的，并且然后将瓶子放置于10RPM下的定轨振荡器上并混合持续168小时以接近吸附平衡。在这些测试中，PFAS水是制备的，而不是从污染场地获得的。PFAS水(LPPW)是通过将全氟丁酸(PFBA)、全氟己酸(PFHxA)、全氟辛酸(PFOA)、全氟丁烷磺酸(PFBS)、全氟己烷磺酸(PHxS)、全氟辛烷磺酸(PFOS)溶解在去离子(DI)水中来制备的。这些化合物购自惠灵顿实验室(Wellington Laboratory)的火焰密封玻璃安瓿瓶。LPPW在配备密封盖的干净5加仑聚丙烯桶中制备。PFAS化合物以50ug/mL乙醇溶液的形式从供应商处交付。打开安瓿，并且使用玻璃转移移液管将单独的溶液转移到DI水中。使用的水以1000克的增量仔细称重，总计15000克。LPPW的单独化合物的浓度在表5中示出，并且表示为十亿分之几(PPB)或μμg/L。
表5：PFAS水组分
| 分析物 | 浓度(PPB) |
| 全氟丁酸(PFBA) | 11 |
| 全氟己酸(PFHXA) | 17 |
| 全氟辛酸(PFOA) | 13 |
| 全氟丁烷磺酸(PFBS) | 13 |
| 全氟己烷磺酸(PFHXS) | 12 |
| 全氟辛烷磺酸(PFOS) | 10 |
| 总计(NG/L) | 76 |
表6：改性粘土吸附剂共混物和PFAS去除性能
PFAS去除测试结果在图5-8中展示。如图所展示的，样品M-2、M-6和M-5的PFAS吸附显著增加，这与具有较低量的二季胺化合物的样品M-3、M-1和M-4的本公开的改性粘土吸附剂共混物一致。
如从图8中所见，与用14mol％或更少的二季胺化合物改性的粘土相比，具有25mol％或更多二季胺的改性粘土吸附剂具有介于200％与600％之间的吸附容量增加。在此实例中测试的根据本公开的改性粘土吸附剂(具有大于25mol％的二季胺化合物)能够吸附大于每克10mg PFAS的改性粘土吸附剂。在此测试中没有耗尽吸附容量。
此外，图8和图2的比较展示了，根据本公开的改性粘土吸附剂还可以提供比具有100％二季胺化合物的化合物改善的吸附容量。具体地，与图1所示的吸附剂的吸附容量上限为约10mg/g相比，样品M-5、M-6和M-2均表现出大于10mg/g的吸附容量。这是重要的，因为图1的吸附容量也被视为是根据本公开的其它实施例的性能良好的化合物以及优于具有100％二季胺化合物的其它(例如，Q2和Q3)粘土吸附剂的化合物。
还令人惊讶地发现，本公开的粘土吸附剂共混物以比羧酸盐PFAS化合物显著更高的去除百分比吸附磺酸盐PFAS化合物。已经进一步发现，与本公开的共混物相比，单季胺化合物改性粘土对羧化PFAS化合物具有更高的去除能力。基于此理解，本文设想了用100mol％单季胺化合物改性的粘土的共混物可以与具有单季胺化合物和二季胺化合物两者的本公开的改性粘土吸附剂结合使用以开发一种能够更有效地吸附羧化和磺化PFAS化合物两者的吸附剂系统。进一步地，本文设想了本公开的吸附剂系统可以根据污染源中主要存在的PFAS类型来定制以用于硫酸化或羧化PFAS的吸附。
实例3
使用溶液工艺制备根据本公开的实施例的粘土吸附剂，所述粘土吸附剂具有用单季胺化合物/二季胺化合物共混物官能化的粘土。单季胺化合物和二季胺化合物的量在下表7中示出。另外地，还测试了粘土对不同阳离子交换容量的处理，并且每个样品的CEC处理水平也在表7中示出。
改性粘土如下制备。使用1升金属杯盛装700ml的去离子水。将杯子放置在配备有顶部搅拌器的热板上。将水加热到70℃并使用搅拌刀片以200RPM搅拌。以小增量缓慢添加膨润土(gdade)，留出时间进行水合，并搅拌10分钟。将单季胺化合物和二季胺化合物分别称重并添加。
442(赢创公司)，二甲基脱氢牛脂氯化铵用作单季胺化合物。
477(赢创公司)，牛油二胺五甲基二氯用作二季胺化合物。将单季胺化合物缓慢添加到膨润土粘土水混合物并搅拌10分钟。接着缓慢添加二季胺化合物并混合持续10分钟。然后将样品搅拌两小时，维持温度范围为70-75℃。将混合物真空过滤并在Whatman#1滤纸上收集固体。然后用1000ml的水冲洗固体。收集固体并将所述固体在加热到60-65℃的温度的800mL的去离子水中冲洗。样品以200RPM搅拌4小时。然后第二次真空过滤固体并用2500mL的去离子水冲洗。然后将固体转移到玻璃盘中并在50℃下干燥16小时。然后使用配备0.2μm筛网的Retsch研磨机研磨材料。
PFAS吸附测试是通过在螺旋盖
HDPE瓶中每250ml的污染水中添加30mg的改性粘土吸附剂来进行的，并且将瓶子放置于10RPM下的定轨振荡器上并混合持续18小时。在这些测试中，水样品是从位于美国国内的空军基地获得的实际污染地下水样品，如上文表2所描述的。样品包含短链PFAS化合物(具有少于6个碳的化合物)、长链PFAS化合物(具有6个或更多个碳的化合物)和经调节的PFAS化合物(PFNA、PFOA、PFOS、PHxS和PHpA)的混合物。
表7：改性粘土吸附剂共混物和PFAS去除结果
表7，续
令人惊讶地发现，包含25mol％或更多的二季胺化合物，其中将权利要求修改为大于50％的CEC，导致显着改善PFAS化合物(包含短链、长链和经调节的化合物)的去除。在PFAS去除领域，吸附性能的0.1ppb差异被视为具有统计意义和实际意义。如上文数据所展示的，样品Q-21、Q-23、Q-11和Q-15、Q-21和Q23与比较样品Q-12、Q-13、Q-14、Q-16、Q-17、Q-18、Q-19、Q-20、Q-22相比，在统计上示出了显著的吸附改善。样品Q-12与Q-21的比较展示了，添加至少25mol％二季胺化合物允许减少季胺化合物的量(与Q-12中的100％相比，Q-21中的CEC为81.25％)同时保持基本上相同的吸附性能。与Q-12相比，Q-21仅在样品中多留了0.06ppb的短链和长链PFAS，并显著减少了经调节的PFAS，多去除了0.57ppb的经调节的化合物。样品Q-20与Q-21的比较展示了，共混物产生的有益改善在95mol％以上的上限逐渐减弱，其中样品中具有99％霉菌二季胺化合物(Q-20)，与Q-21相比，多留下0.8ppb短链PFAS、多留下2.82ppb长链PFAS并且多留下0.22ppb的经调节PFAS化合物，尽管更高的CEC％为100％。
方面
方面1.一种用于从污染环境中吸附PFAS化合物的改性粘土吸附剂，所述改性粘土吸附剂包括：
粘土，所述粘土嵌入有一种或多种二季胺化合物和一种或多种单季胺化合物，
其中按所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的摩尔百分比存在。
方面2.根据方面1所述的改性粘土吸附剂，其中所述粘土嵌入有所述一种或多种二季胺化合物和一种或多种单季胺化合物达到所述粘土的总阳离子交换容量的至少50％。
方面3.一种用于从污染环境中吸附PFAS化合物的改性粘土吸附剂，所述改性粘土吸附剂包括：
第一改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土；以及
第二改性粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土，
其中第二改性粘土以这样的量存在于所述改性粘土吸附剂中，使得按所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在。
方面4.根据方面3所述的改性粘土吸附剂，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土各自嵌入有相应的一种或多种单季胺化合物和二季胺化合物达到相应的第一改性粘土或第二改性粘土的阳离子交换容量的至少约50％。
方面5.根据前述方面中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述一种或多种二季胺化合物具有18个或更多个碳。
方面6.根据方面5所述的改性粘土吸附剂，其中所述一种或多种二季胺化合物为地喹氯铵和式I化合物中的一种或多种：
其中X是氯离子，并且R1是具有1到13个碳的脂肪族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自脂肪族基团和芳香族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是具有8个或更多个碳的脂肪族基团或芳香族基团，任选地其中R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是脂肪族牛脂基团。
方面7.根据方面6所述的改性粘土吸附剂，其中所述式I化合物为牛脂五甲基丙二铵盐酸盐。
方面8.根据前述方面中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中按所述改性粘土吸附剂中的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约50mol％的量存在。
方面9.根据前述方面中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述粘土为凹凸棒石、膨润土、蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬膨润石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、斯堡卡石(sobockite)、硅镁石、斯文弗石(svinfordite)、蛭石、坡缕石、卡龙石(kalonite)和海泡石中的一种或多种。
方面10.根据前述方面中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述改性粘土吸附剂存在于垫中。
方面11.根据前述方面中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述单官能季胺为二甲基二(C14-C18烷基)氯化铵中的一种或多种。
方面12.一种试剂盒，其包括：根据前述方面中任一项所述的改性粘土吸附剂和用于将所述粘土吸附剂添加到污染环境以吸附PFAS化合物的说明。
方面13.一种试剂盒，其包括：
根据方面3所述的改性粘土吸附剂，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土作为单独的组分存在，以及
用于将所述第一改性粘土和所述第二改性粘土单独地添加到污染环境以形成所述改性粘土吸附剂的说明，所述改性粘土吸附剂的量使得按添加到所述污染环境的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以25mol％到约95mol％的量存在。
方面14.根据方面13所述的试剂盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土以这样的量添加，使得按添加到所述污染环境的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以25mol％到约50mol％的量存在。
方面15.根据方面13或14所述的试剂盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土基本上同时添加。
方面16.根据方面13或14所述的试剂盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土顺序地添加。
方面17.一种从污染环境中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：
将改性粘土吸附剂与所述污染环境混合，其中所述改性粘土吸附剂包括嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土，其中所述二季胺化合物是地喹氯铵和/或式I化合物
其中X是氯离子，并且R1是具有1到13个碳的脂肪族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自脂肪族基团和芳香族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是具有8个或更多个碳的脂肪族基团或芳香族基团，任选地其中R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是脂肪族牛脂基团。
方面18.根据方面17所述的方法，其中所述改性粘土吸附剂用所述式(I)化合物改性。
方面19.根据方面18所述的方法，其中所述式I化合物为五甲基丙二铵盐酸盐。
方面20.根据方面17到19中任一项所述的方法，其中所述改性粘土吸附剂是用地喹氯铵改性的膨润土。
方面21.根据方面17所述的方法，其中所述改性粘土吸附剂用地喹氯铵和所述式I化合物两者改性。
方面22.根据方面21所述的方法，其中所述式I化合物为五甲基丙二铵盐酸盐。
方面23.根据方面17到19、21和22中任一项所述的方法，其中在所述式I化合物中，R2、R3、R4、R5和R7各自为甲基，并且R6为脂肪族牛脂基团。
方面24.根据方面17或18所述的方法，其中所述一种或多种二季胺化合物是所述改性粘土吸附剂中存在的唯一官能季胺化合物。
方面25.一种从污染环境中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：
将改性粘土吸附剂与所述污染环境混合，其中所述改性粘土吸附剂包括嵌入有一种或多种单季胺化合物和一种或多种二季胺化合物的粘土，并且按所述改性粘土吸附剂中的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在。
方面26.根据方面25所述的方法，其中所述粘土嵌入有所述共混物达到至少50％的阳离子交换容量。
方面27.一种从污染环境中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：
将改性粘土吸附剂与所述污染环境混合，其中所述改性粘土吸附剂包括第一改性粘土和第二改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土，其中选择所述第一改性粘土的量与所述第二改性粘土的量的比率，使得按与所述污染环境混合的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在。
方面28.根据方面27所述的方法，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土中的每种改性粘土被嵌入达到至少50％的所述粘土的阳离子交换容量。
方面29.根据方面27或28所述的方法，其中将所述第一改性粘土和所述第二改性粘土预共混成所述改性粘土吸附剂，使得按所述改性粘土吸附剂共混物中的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约20mol％到约50mol％的量存在，并且所述第一改性粘土和所述第二改性粘土作为单一组合物与所述污染环境混合。
方面30.根据方面27或28所述的方法，其中将所述改性粘土吸附剂与所述污染环境混合包括以使得按与所述污染环境混合的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在的量将所述第一改性粘土和所述第二改性粘土单独地添加到所述污染环境。
方面31.根据方面30的所述方法，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土同时添加。
方面32.根据方面30所述的方法，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土顺序地添加。
方面33.根据方面25到32中任一项所述的方法，其中所述一种或多种二季胺化合物包括至少18个碳。
方面34.根据方面25到33中任一项所述的方法，其中所述一种或多种二季胺化合物为地喹氯铵和式I化合物中的一种或多种
其中X是氯离子，并且R1是具有1到13个碳的脂肪族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自脂肪族基团和芳香族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是具有8个或更多个碳的脂肪族基团或芳香族基团，任选地其中R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是脂肪族牛脂基团。
方面35.根据方面34所述的方法，其中一种或多种二季胺化合物包括所述式I化合物并且所述式I化合物为牛脂五甲基丙二铵盐酸盐。
方面36.根据方面25到35中任一项所述的方法，其中按所述改性粘土吸附剂中的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约50mol％的量存在。
方面37.根据方面17到36中任一项所述的方法，其中所述粘土为凹凸棒石、膨润土、蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬膨润石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、斯堡卡石、硅镁石、斯文弗石、蛭石、坡缕石、卡龙石和海泡石中的一种或多种。
方面38.根据方面17到37中任一项的方法，其中所述吸附剂每克改性粘土吸附剂能够吸附至少0.2毫克的PFAS化合物。
方面39.根据方面17到38中任一项所述的方法，其中所述环境是污染土壤，并且所述方法包括将所述污染土壤和所述改性粘土吸附剂混合，使得所述改性粘土吸附剂以大于约0.5wt％的所述改性粘土吸附剂的量存在于混合物中。
方面40.根据方面17到38中任一项所述的方法，其中所述环境是污染废水流，并且所述方法包括通过使所述污染水以一定流速穿过所述改性粘土吸附剂的床以维持所述污染水与所述床至少约1分钟的接触时间来混合所述改性粘土吸附剂和所述污染水流。
方面41.根据方面17到38中任一项所述的方法，其中所述改性粘土吸附剂呈预填充的可渗透垫或金属筐的形式。
方面42.根据方面17到38中任一项所述的方法，其中呈颗粒或粉末形式的所述改性粘土吸附剂进入水体中，使得所述改性粘土形成可渗透的反应性阻挡层。
方面43.根据方面17到38中任一项所述的方法，其包括通过将所述改性粘土和污染水在罐中混合来处理污染水流中的PFAS化合物。
方面44.根据方面17到38中任一项所述的方法，其包括通过将所述改性粘土的悬浮液注入到污染土壤和或污染地下水羽流中来处理污染水流中的PFAS化合物。
方面45.根据方面17到43中任一项所述的方法，其中所述污染环境是废水。
方面46.根据方面17到43中任一项所述的方法，其中所述污染环境是地下水。
尽管已经详细地示出和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不脱离本发明的更广泛方面的情况下进行改变和修改。因此，目的是涵盖落入本发明的真实精神和范围内的所有此类改变和修改。前述描述和附图中阐述的事项仅通过说明而非限制的方式提供。本发明的实际范围由在基于现有技术从其适当角度观察时的随后的权利要求限定。
Claims (46)
1.一种用于从污染环境中吸附PFAS化合物的改性粘土吸附剂，所述改性粘土吸附剂包括：
粘土，所述粘土嵌入有一种或多种二季胺化合物和一种或多种单季胺化合物，
其中按所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的摩尔百分比存在。
2.根据权利要求1所述的改性粘土吸附剂，其中所述粘土嵌入有所述一种或多种二季胺化合物和一种或多种单季胺化合物达到所述粘土的总阳离子交换容量的至少50％。
3.一种用于从污染环境中吸附PFAS化合物的改性粘土吸附剂，所述改性粘土吸附剂包括：
第一改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土；以及
第二改性粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土，
其中第二改性粘土以这样的量存在于所述改性粘土吸附剂中，使得按所述改性粘土吸附剂中存在的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在。
4.根据权利要求3所述的改性粘土吸附剂，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土各自嵌入有相应的一种或多种单季胺化合物和二季胺化合物达到相应的第一改性粘土或第二改性粘土的阳离子交换容量的至少约50％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述一种或多种二季胺化合物具有18个或更多个碳。
6.根据权利要求5所述的改性粘土吸附剂，其中所述一种或多种二季胺化合物为地喹氯铵和式I化合物中的一种或多种：
其中X是氯离子，并且R1是具有1到13个碳的脂肪族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自脂肪族基团和芳香族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是具有8个或更多个碳的脂肪族基团或芳香族基团。
7.根据权利要求6所述的改性粘土吸附剂，其中所述式I化合物为五甲基丙二铵盐酸盐。
8.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中按所述改性粘土吸附剂中的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约50mol％的量存在。
9.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述粘土为凹凸棒石、膨润土、蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬膨润石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、斯堡卡石(sobockite)、硅镁石、斯文弗石(svinfordite)、蛭石、坡缕石、卡龙石(kalonite)和海泡石中的一种或多种。
10.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述改性粘土吸附剂存在于垫中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂，其中所述单官能季胺为二甲基二(C14-C18烷基)氯化铵中的一种或多种。
12.一种试剂盒，其包括：根据前述权利要求中任一项所述的改性粘土吸附剂和用于将所述粘土吸附剂添加到污染环境以吸附PFAS化合物的说明。
13.一种试剂盒，其包括：
根据权利要求3所述的改性粘土吸附剂，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土作为单独的组分存在，以及
用于将所述第一改性粘土和所述第二改性粘土单独地添加到污染环境以形成所述改性粘土吸附剂的说明，所述改性粘土吸附剂的量使得按添加到所述污染环境的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以25mol％到约95mol％的量存在。
14.根据权利要求13所述的试剂盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土以这样的量添加，使得按添加到所述污染环境的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以25mol％到约50mol％的量存在。
15.根据权利要求13或14所述的试剂盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土基本上同时添加。
16.根据权利要求13或14所述的试剂盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土顺序地添加。
17.一种从污染污染环境中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：
将改性粘土吸附剂与所述污染环境混合，其中所述改性粘土吸附剂包括嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土，其中所述二季胺化合物是地喹氯铵和/或式I化合物
其中X是氯离子，并且R1是具有1到13个碳的脂肪族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自脂肪族基团和芳香族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是具有8个或更多个碳的脂肪族基团或芳香族基团。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述改性粘土吸附剂用所述式(I)化合物改性。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述式I化合物为五甲基丙二铵盐酸盐。
20.根据权利要求17到19中任一项所述的方法，其中所述改性粘土吸附剂是用地喹氯铵改性的膨润土。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述改性粘土吸附剂用地喹氯铵和所述式I化合物两者改性。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述式I化合物为五甲基丙二铵盐酸盐。
23.根据权利要求17到19、21和22中任一项所述的方法，其中在所述式I化合物中，R2、R3、R4、R5和R7各自为甲基，并且R6为脂肪族牛脂基团。
24.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述一种或多种二季胺化合物是所述改性粘土吸附剂中存在的唯一官能季胺化合物。
25.一种从污染环境中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：
将改性粘土吸附剂与所述污染环境混合，其中所述改性粘土吸附剂包括嵌入有一种或多种单季胺化合物和一种或多种二季胺化合物的粘土，并且按所述改性粘土吸附剂中的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述粘土嵌入有所述一种或多种二季胺化合物和一种或多种单季胺化合物达到所述粘土的总阳离子交换容量的至少50％。
27.一种从污染环境中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：
将改性粘土吸附剂与所述污染环境混合，其中所述改性粘土吸附剂包括第一改性粘土和第二改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一种或多种单季胺化合物的粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一种或多种二季胺化合物的粘土，其中选择所述第一改性粘土的量与所述第二改性粘土的量的比率，使得按与所述污染环境混合的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土中的每种改性粘土被嵌入达到至少50％的所述粘土的阳离子交换容量。
29.根据权利要求27或28所述的方法，其中将所述第一改性粘土和所述第二改性粘土预共混成所述改性粘土吸附剂，使得按所述改性粘土吸附剂共混物中的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约20mol％到约50mol％的量存在，并且所述第一改性粘土和所述第二改性粘土作为单一组合物与所述污染环境混合。
30.根据权利要求27或28所述的方法，其中将所述改性粘土吸附剂与所述污染环境混合包括以使得按与所述污染环境混合的所述季胺化合物的总摩尔百分比计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约95mol％的量存在的量将所述第一改性粘土和所述第二改性粘土单独地添加到所述污染环境。
31.根据权利要求30的所述方法，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土同时添加。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土顺序地添加。
33.根据权利要求25到32中任一项所述的方法，其中所述一种或多种二季胺化合物包括至少18个碳。
34.根据权利要求25到33中任一项所述的方法，其中所述一种或多种二季胺化合物为地喹氯铵和式I化合物中的一种或多种
其中X是氯离子，并且R1是具有1到13个碳的脂肪族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自脂肪族基团和芳香族基团，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一个是具有8个或更多个碳的脂肪族基团或芳香族基团。
35.根据权利要求34所述的方法，其中一种或多种二季胺化合物包括所述式I化合物并且所述式I化合物为牛脂五甲基丙二铵盐酸盐。
36.根据权利要求25到35中任一项所述的方法，其中按所述改性粘土吸附剂中的季胺化合物的总摩尔数计，所述一种或多种二季胺化合物以约25mol％到约50mol％的量存在。
37.根据权利要求17到36中任一项所述的方法，其中所述粘土为凹凸棒石、膨润土、蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬膨润石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、斯堡卡石、硅镁石、斯文弗石、蛭石、坡缕石、卡龙石和海泡石中的一种或多种。
38.根据权利要求17到37中任一项所述的方法，其中所述吸附剂每克改性粘土吸附剂能够吸附至少0.2毫克的PFAS化合物。
39.根据权利要求17到38中任一项所述的方法，其中所述污染环境是污染土壤，并且所述方法包括将所述污染土壤和所述改性粘土吸附剂混合，使得所述改性粘土吸附剂以大于约0.5wt％的所述改性粘土吸附剂的量存在于混合物中。
40.根据权利要求17到38中任一项所述的方法，其中所述污染环境是污染废水流，并且所述方法包括通过使所述污染水以一定流速穿过所述改性粘土吸附剂的床以维持所述污染水与所述床至少约1分钟的接触时间来混合所述改性粘土吸附剂和所述污染水流。
41.根据权利要求17到38中任一项所述的方法，其中所述改性粘土吸附剂呈预填充的可渗透垫或金属筐的形式。
42.根据权利要求17到38中任一项所述的方法，其中呈颗粒或粉末形式的所述改性粘土吸附剂进入水体中，使得所述改性粘土形成可渗透的反应性阻挡层。
43.根据权利要求17到38中任一项所述的方法，其包括通过将所述改性粘土和污染水在罐中混合来处理污染水流中的PFAS化合物。
44.根据权利要求17到38中任一项所述的方法，其包括通过将所述改性粘土的悬浮液注入到污染土壤和或污染地下水羽流中来处理污染水流中的PFAS化合物。
45.根据权利要求17到43中任一项所述的方法，其中所述污染环境是废水。
46.根据权利要求17到43中任一项所述的方法，其中所述污染环境是地下水。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201962851431P | 2019-05-22 | 2019-05-22 | |
| US62/851,431 | 2019-05-22 | ||
| PCT/US2020/034219 WO2020237153A1 (en) | 2019-05-22 | 2020-05-22 | Modified clay sorbents and methods of sorbing pfas using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113811387A true CN113811387A (zh) | 2021-12-17 |
| CN113811387B CN113811387B (zh) | 2024-06-25 |
Family
ID=71070070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202080032945.5A Active CN113811387B (zh) | 2019-05-22 | 2020-05-22 | 改性粘土吸附剂和使用其吸附pfas的方法 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20220339600A1 (zh) |
| EP (1) | EP3972732A1 (zh) |
| JP (1) | JP2022534672A (zh) |
| KR (1) | KR20220011120A (zh) |
| CN (1) | CN113811387B (zh) |
| AU (1) | AU2020277485A1 (zh) |
| BR (1) | BR112021021865A2 (zh) |
| CA (1) | CA3139953A1 (zh) |
| TW (1) | TW202108510A (zh) |
| WO (1) | WO2020237153A1 (zh) |
| ZA (1) | ZA202108847B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114307941B (zh) * | 2021-10-18 | 2023-05-05 | 南京大学 | 一种胺化表面缺陷闪锌矿材料、制备方法及其在降解全氟化合物中的应用 |
| US11896948B2 (en) * | 2022-02-01 | 2024-02-13 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Synergistic zero-valent iron-based green sorption media for contaminant removal |
| US20230382776A1 (en) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | Mycelx Technologies Corporation | Composition, method for production, and use of modified granular media for removal of pfas (per- and poly-fluoroalkyl substances) and their weathering products |
| US20240024847A1 (en) * | 2022-07-15 | 2024-01-25 | Active Minerals International, Llc | Product for pfas adsorption |
| WO2024049709A1 (en) * | 2022-09-01 | 2024-03-07 | The Research Foundation For The State University Of New York | Surfactant-modified montmorillonite for adsorption of per- and polyfluoroalkyl substances (pfas) from aqueous solutions |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4386010A (en) * | 1980-09-02 | 1983-05-31 | Engelhard Corporation | Treated attapulgite clay composition |
| US5268109A (en) * | 1990-08-31 | 1993-12-07 | Boyd Stephen A | Method of removing hydrocarbon contaminants from air and water with organophilic, quaternary ammonium ion-exchanged smectite clay |
| US6261459B1 (en) * | 1998-12-24 | 2001-07-17 | Polymer Research Corporation | Process for the elimination of livestock wastewater odors and wastewater treatment |
| CN101370901A (zh) * | 2006-02-22 | 2009-02-18 | 伊莱门蒂斯专业有限公司 | 亲有机粘土添加剂和具有更少依赖于温度的流变学特性的油基钻井液 |
| US20150129504A1 (en) * | 2013-11-14 | 2015-05-14 | Savannah River Nuclear Solutions, Llc | Organo-modified clays for removal of aqueous radioactive anions |
| CN105536198A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-04 | 南京大学 | 一种高效降解全氟化合物的方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4444665A (en) | 1981-12-02 | 1984-04-24 | Engelhard Corporation | Treated mineral and method for purifying liquids therewith |
| US5275747A (en) | 1990-02-01 | 1994-01-04 | Exxon Chemical Patents Inc. | Derivatized ethylene alpha-olefin polymer useful as multifunctional viscosity index improver additive for oleaginous composition |
| DE69107739T2 (de) * | 1990-08-31 | 1995-10-19 | Stephen A Boyd | Methode zur Entfernung von Kohlenwasserstoffverunreinigungen aus Luft und Wasser. |
| US6376591B1 (en) | 1998-12-07 | 2002-04-23 | Amcol International Corporation | High barrier amorphous polyamide-clay intercalates, exfoliates, and nanocomposite and a process for preparing same |
| US6262162B1 (en) | 1999-03-19 | 2001-07-17 | Amcol International Corporation | Layered compositions with multi-charged onium ions as exchange cations, and their application to prepare monomer, oligomer, and polymer intercalates and nanocomposites prepared with the layered compositions of the intercalates |
| JP2005533167A (ja) | 2002-07-18 | 2005-11-04 | シャムロック テクノロジーズ インコーポレーテッド | カチオン分子の分散性を高めるためにカチオン分子を基材に組み込む方法 |
| US7989402B2 (en) * | 2006-09-14 | 2011-08-02 | Elementis Specialties, Inc. | Functionalized clay compositions for aqueous based drilling fluids |
| EP2376221B1 (en) * | 2008-12-09 | 2017-03-15 | CRC Care Pty Ltd | Modified clay sorbents |
| US9284201B2 (en) * | 2009-12-07 | 2016-03-15 | Crc Care Pty Ltd | Amine modified clay sorbents |
-
2020
- 2020-05-22 KR KR1020217035855A patent/KR20220011120A/ko active Search and Examination
- 2020-05-22 WO PCT/US2020/034219 patent/WO2020237153A1/en unknown
- 2020-05-22 BR BR112021021865A patent/BR112021021865A2/pt unknown
- 2020-05-22 US US17/612,936 patent/US20220339600A1/en active Pending
- 2020-05-22 CN CN202080032945.5A patent/CN113811387B/zh active Active
- 2020-05-22 US US16/882,143 patent/US11000822B2/en active Active
- 2020-05-22 AU AU2020277485A patent/AU2020277485A1/en active Pending
- 2020-05-22 TW TW109117253A patent/TW202108510A/zh unknown
- 2020-05-22 CA CA3139953A patent/CA3139953A1/en active Pending
- 2020-05-22 JP JP2021565921A patent/JP2022534672A/ja active Pending
- 2020-05-22 EP EP20731767.8A patent/EP3972732A1/en active Pending
-
2021
- 2021-11-09 ZA ZA2021/08847A patent/ZA202108847B/en unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4386010A (en) * | 1980-09-02 | 1983-05-31 | Engelhard Corporation | Treated attapulgite clay composition |
| US5268109A (en) * | 1990-08-31 | 1993-12-07 | Boyd Stephen A | Method of removing hydrocarbon contaminants from air and water with organophilic, quaternary ammonium ion-exchanged smectite clay |
| US6261459B1 (en) * | 1998-12-24 | 2001-07-17 | Polymer Research Corporation | Process for the elimination of livestock wastewater odors and wastewater treatment |
| CN101370901A (zh) * | 2006-02-22 | 2009-02-18 | 伊莱门蒂斯专业有限公司 | 亲有机粘土添加剂和具有更少依赖于温度的流变学特性的油基钻井液 |
| US20150129504A1 (en) * | 2013-11-14 | 2015-05-14 | Savannah River Nuclear Solutions, Llc | Organo-modified clays for removal of aqueous radioactive anions |
| CN105536198A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-04 | 南京大学 | 一种高效降解全氟化合物的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR112021021865A2 (pt) | 2021-12-21 |
| AU2020277485A1 (en) | 2021-11-25 |
| CA3139953A1 (en) | 2020-11-26 |
| CN113811387B (zh) | 2024-06-25 |
| US20220339600A1 (en) | 2022-10-27 |
| JP2022534672A (ja) | 2022-08-03 |
| WO2020237153A1 (en) | 2020-11-26 |
| EP3972732A1 (en) | 2022-03-30 |
| KR20220011120A (ko) | 2022-01-27 |
| ZA202108847B (en) | 2024-04-24 |
| US20200368717A1 (en) | 2020-11-26 |
| US11000822B2 (en) | 2021-05-11 |
| TW202108510A (zh) | 2021-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113811387A (zh) | 改性粘土吸附剂和使用其吸附pfas的方法 | |
| Senturk et al. | Removal of phenol from aqueous solutions by adsorption onto organomodified Tirebolu bentonite: Equilibrium, kinetic and thermodynamic study | |
| Oyanedel-Craver et al. | Effect of quaternary ammonium cation loading and pH on heavy metal sorption to Ca bentonite and two organobentonites | |
| Zhan et al. | Role of zeolite's exchangeable cations in phosphate adsorption onto zirconium-modified zeolite | |
| Chen et al. | Kinetic and isothermal studies of lead ion adsorption onto palygorskite clay | |
| Xu et al. | Cation exchange chemistry of hexadecyltrimethylammonium in a subsoil containing vermiculite | |
| Li et al. | Removal of anionic contaminants using surfactant-modified palygorskite and sepiolite | |
| AU2010330678B2 (en) | Amine modified clay sorbents | |
| Franus et al. | Sorption of heavy metal ions from aqueous solution by glauconite | |
| US9404166B2 (en) | Composition and method for removing metal contaminants | |
| Blockhaus et al. | Adsorption–desorption behavior of acrylic–maleic acid copolymer at clay minerals | |
| Zhu et al. | Organo-clays as sorbents of hydrophobic organic contaminants: sorptive characteristics and approaches to enhancing sorption capacity | |
| US20080302730A1 (en) | Sulfur-impregnated organoclay mercury and/or arsenic ion removal media | |
| US7510992B2 (en) | Sulfur-impregnated and coupling agent-reacted organoclay mercury and/or arsenic ion removal media | |
| Selim et al. | Surface modified bentonite mineral as a sorbent for Pb^2+ and Zn^2+ ions removal from aqueous solutions | |
| Lee et al. | An investigation of the adsorption of organic dyes onto organo-montmorillonite | |
| Hamza et al. | Characterization and application of Fe and iso-Ti-pillared bentonite on retention of organic matter contained in wet industrial phosphoric acid (54%): kinetic study | |
| Gürses et al. | The investigation of electrokinetic behaviour of micro-particles produced by CTA+ ions and Na-montmorillonite | |
| US20230226518A1 (en) | Modified clay sorbents with multifunctional quaternary ammonium compounds and mono-quateranry ammonium compounds and methods of sorbing per- and polyfluoroalkyl substances (pfas) from contaminated samples with the modified clay sorbents | |
| JP2009500279A (ja) | 高い固形成分含有率を有する層状珪酸塩スラリ | |
| Naji et al. | Evaluation of modified bentonite using chemical and physical methods for removal of amoxicillin from aqueous solutions: batch and continuous study | |
| Sun et al. | Effect of capping mode on control of phosphorus release from sediment by lanthanum hydroxide | |
| Lee et al. | Hybrid materials precursor to natural clay in the attenuation of bisphenol A from aqueous solutions | |
| Celik et al. | Sorption characteristics of organic compounds on three hexadecyl-trimethylammonium-smectites having different cation exchange capacities | |
| Jaruwong et al. | Influence of organo-clay’s carbon number on the adsorption of humic acid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 40065542 Country of ref document: HK |
|
| GR01 | Patent grant |