Adsorpsjon av per- og polyfluoroalkyler (PFAS) fra vann.

Abstract

PFAS-forbindelser er mye brukt i brannslokkingsskum, non-stick panner, vanntette klær, og mange andre ting som brukes i det vanlige livet. PFAS er karbonkjeder minst én eller alle hydrogener er substituert med et fluoridatom. Karbon- og fluorbindingene er svært sterke og gjør PFAS vanskelig å fjerne fra miljøet. Det har blitt rapportert at PFAS kan føre til helseeffekter for mennesker og dyr, som kreft og fødselsskader. Hva gjør dette mer farlig er at det er nesten umulig å fjerne fra vann fordi de er svært løselig i vann. Da det ble oppdaget hvor farlige forbindelsene er, kortere kjedeforbindelser ble utviklet for å erstatte de lengre kjedede forbindelsene. Disse var ment å være mindre farlig for miljøet. Men det er nå klart at de kortere kjedene kan være like farlige som de lengre kjedene, og de kan være vanskeligere å fjerne fra miljø. Omvendt osmose skumfraksjonering og adsorpsjon på karbonbaserte materialer er noen teknikker som brukes til å fjerne PFAS fra vann, men de er ikke like effektive som de bør være. Derfor er det nødvendig med en mer effektiv teknikk som viser høy effektivitet. Metallorganiske rammeverk er mikroporøst krystallinsk, tredimensjonalt porøst materiale. MOFs av på grunn av deres høye overflateareal og spesialdesignede porefunksjonalitet kunne adsorbere PFAS på en høyere skala og være en løsning på problemet. I dette prosjektet ble syntese av Zr-MOF-808-Ac utført og karakterisert ved XRD, TGA, N2-sorpsjon, SEM-EDS og NMR for å bekrefte syntesen. Adsorpsjonsforsøk var gjennomført med tre ulike PFAS (PFOA, PFBS og PFBA) for å undersøke opptak av PFAS til MOF-808. LC-MS instrument ble brukt for å bestemme konsentrasjonen etter adsorpsjonseksperiment. PXRD-karakteriseringen indikerte at MOF-808-syntesen var vellykket, men prøven inneholdt fortsatt mye ureagerte rester løsemiddel (forløpere). Overflatearealet for uvasket var 1455 m2/g og for vasket var 1603 m2/g, dette er lavere enn rapportert i litteratur, så overflaten er ikke optimal. Dette kunne løses ved å optimere vaskingen fremgangsmåte. Den kvantitative analysen av PFAS-løsningen før og etter adsorpsjonen bruk av LC-MS-instrumentet indikerte et høyt opptak av PFOA og PFBA, men ca ingen endring i konsentrasjonen av PFBS. Dette kan skyldes dårlig vask av MOF-808 eller MOF-808 har ikke evnen til å adsorbere PFBS.

PFAS compounds are widely used in firefighting foams, non-stick pans, waterproof clothing, and many other things used in normal life. PFAS are carbon chains at least one or all hydrogens are substituted with a fluoride atom. The carbon and fluorine bindings are very strong making the PFAS difficult to remove from the environment. It has been reported that PFAS may lead to health effects for humans and animals, like cancer and birth defects. What makes this more dangerous is that it is nearly impossible to remove from water because they are very soluble in water. When it was discovered how dangerous the compounds are, shorter chains compounds were developed to substitute the longer chained compounds. These were supposed to be less dangerous to the environment. But it is now clear that the shorter chains may be as dangerous as the longer chains, and they may be more difficult to remove from the environment. Reverse osmosis foam fractionation and adsorption on carbon-based materials are some techniques that are used to remove PFAS from water, but they are not as efficient as they should be. Therefore, a more effective technique that shows high efficiency is needed. Metalorganic frameworks are microporous crystalline, three-dimensional porous material. MOFs by virtue of their high surface area and specially designed pore functionality could adsorb PFAS on a higher scale and be a solution to the problem. In this project synthesis of Zr-MOF-808-Ac was performed and characterized by XRD, TGA, N2-sorption, SEM-EDS, and NMR to confirm the synthesis. Adsorption experiments were conducted with three different PFAS (PFOA, PFBS and PFBA) to examine the uptake of PFAS to MOF-808. LC-MS instrument was used to determine the concentration after the adsorption experiment. The PXRD-characterizing indicated that the MOF-808 synthesis was successful, but the sample still contained a lot of unreacted residues solvent (precursors). The surface area for unwashed was 1455 m2/g and for washed was 1603 m2/g, this is lower than reported in literature, so the surface area is not optimal. This could be solved by optimizing the washing procedure. The quantitative analysis of the PFAS solution before and after the adsorption using the LC-MS instrument indicated a high uptake of PFOA and PFBA, but approximately no change in concentration of PFBS. This could be due to poor washing of MOF-808 or that MOF-808 don’t have the ability to adsorb PFBS.