改性粘土吸附劑和使用其吸附PFAS的方法技術

一種從污染環境中吸附PFAS化合物的方法可以包含將改性粘土吸附劑與所述環境混合。所述改性粘土可以包含嵌入有單季胺化合物和二季胺化合物的共混物的粘土。季胺化合物的共混物的粘土。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】改性粘土吸附劑和使用其吸附PFAS的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2019年5月22日提交的美國臨時專利申請第62/851,431號的優先權的權益，所述美國臨時專利申請的公開內容通過引用整體并入本文。


[0003]本公開涉及吸附PFAS化合物的方法，并且具體地涉及使用用一種或多種雙官能季胺化合物改性的粘土吸附PFAS化合物的方法。

技術介紹

[0004]全氟化合物(PFC)應用廣泛，并且因此已成為全球關注的水環境污染問題。全氟和多氟烷基物質(通常被統稱為PFAS)是一組人造化學品，包含PFOA、PFOS、GenX和許多其它化學品。自1940年代以來，PFAS已被制造并且用于各種行業，包含在美國。全氟辛烷磺酸(PFOS)是典型的PFC之一，并且已在許多行業中用作表面活性劑、阻燃劑、潤滑劑和聚合物添加劑。全氟辛酸(PFOA)和PFOS已是這些化學品中生產和研究最廣泛的。PFC會隨時間推移在人體中積累，并且許多不會自然分解。PFAS暴露已被證明對人類健康有害。從廢水源中去除PFC對于防止天然水道的污染至關重要。由于PFC通常非常穩定，因此使用一些常規技術(包含生物降解、氧化和還原)，其很難在周圍環境中分解。吸附已被用作利用常規吸附劑(包含活性炭、樹脂和生物吸附劑)從廢水、土壤和其它污染源中有效去除PFC的替代性方法。

技術實現思路

[0005]需要改善從土壤、廢水和其它污染源中吸附PFAS化合物的方法。
[0006]一種根據本公開的改性粘土吸附劑可以包含嵌入有一種或多種二季胺化合物和一種或多種單季胺化合物的粘土，其中按所述改性粘土吸附劑中存在的季胺化合物的總摩爾數計，所述一種或多種二季胺化合物以約25mol％到約95mol％的摩爾百分比存在。
[0007]一種根據本公開的改性粘土吸附劑可以包含第一改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一種或多種單季胺化合物的粘土；以及第二改性粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一種或多種二季胺化合物的粘土。所述第二改性粘土可以以這樣的量存在于改性粘土吸附劑中，使得按所述改性粘土吸附劑中存在的季胺化合物的總摩爾數計，所述一種或多種二季胺化合物以約25mol％到約95mol％的量存在。
[0008]一種根據本公開的從污染樣品或環境中吸附PFAS化合物的方法可以包含將改性粘土吸附劑與所述樣品或環境混合，其中所述改性粘土吸附劑包括嵌入有一種或多種二季胺化合物的粘土，其中所述二季胺化合物是地喹氯銨和/或式(I)化合物
[0009][0010]其中X是氯離子，并且R1是具有1到13個碳的脂肪族基團，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7獨立地選自脂肪族基團和芳香族基團，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一個是具有8個或更多個碳的脂肪族基團或芳香族基團。
[0011]一種根據本公開的從污染樣品或環境中吸附PFAS化合物的方法可以包含將改性粘土吸附劑與所述樣品混合，其中所述改性粘土吸附劑包括嵌入有一種或多種單季胺化合物和一種或多種二季胺化合物的粘土，并且按所述改性粘土吸附劑中的所述季胺化合物的總摩爾百分比計，所述一種或多種二季胺化合物以約25mol％到約95mol％的量存在。
[0012]一種從污染樣品或環境中吸附PFAS化合物的方法可以包含將改性粘土吸附劑與所述樣品或環境混合，其中所述改性粘土吸附劑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種或多種單季胺化合物的粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一種或多種二季胺化合物的粘土，其中選擇所述第一改性粘土的量與所述第二改性粘土的量的比率，使得按與所述樣品或環境混合的所述季胺化合物的總摩爾百分比計，所述一種或多種二季胺化合物以約25mol％到約95mol％的量存在。
附圖說明
[0013]圖1是示出了根據本公開的化合物和對比化合物通過化合物從地下水中去除PFAS的百分比的圖；
[0014]圖2是示出了如在實際地下水樣品中測試的從根據本公開的化合物中對PFAS的吸附等溫線的圖；
[0015]圖3是PFAS吸附性能模型的等高線圖，示出了如在實際地下水樣品中測試的對長鏈PFAS的吸附；
[0016]圖4是PFAS吸附性能模型的等高線圖，示出了如在實際地下水樣品中測試的對當前普遍經調節的PFAS的吸附；
[0017]圖5是示出了PFAS吸附的圖，其包含總PFAS、長鏈PFAS和短鏈PFAS，以如實際地下水樣品中測試的PFAS去除百分比表示；
[0018]圖6是示出了對比PFAS吸附的圖，其比較了羧化PFAS和磺化PFAS的吸附，表示為如實驗室制備的PFAS水中測試的PFAS去除百分比；
[0019]圖7是示出了對比PFAS吸附的圖，其比較了所選羧化PFAS和磺化PFAS的吸附，表示為如實驗室制備的PFAS水中測試的PFAS去除百分比；并且
[0020]圖8是示出了如在實驗室制備的PFAS水中測試的從根據本公開的化合物中對PFAS的吸附等溫線的圖。
具體實施方式
[0021]本文公開了用于吸附PFAS化合物的改性粘土吸附劑。根據實施例，改性粘土吸附劑包含用一種或多種單季胺化合物和一種或多種二季胺化合物的共混物改性的粘土組分。
在實施例中，改性粘土吸附劑可以用一種或多種二季胺化合物改性。在實施例中，從污染樣品或環境中吸附PFAS化合物的方法可包含使所述樣品或環境接觸或以其它方式暴露于一種或多種改性粘土吸附劑。在此類實施例中，改性粘土吸附劑可以用二季胺化合物或用單季胺化合物和二季胺化合物的共混物改性。在本文中實施例中的任何實施例中，粘土可以用超過一種單季胺化合物和/或超過一種二季胺化合物改性。已有利地發現，根據本公開的改性粘土吸附劑和吸附PFAS化合物的方法可以具有改善的PFAS吸附劑容量和/或效率。進一步地，本公開的改性粘土吸附劑可以在存在共污染物如油的情況下有效吸附PFAS。
[0022]根據本公開的實施例的改性粘土吸附劑可以通過使粘土與一種或多種季胺化合物或季胺化合物的共混物反應來制備。所述反應在用一種或多種季胺化合物嵌入粘土的條件下進行。根據實施例，改性粘土吸附劑可以包含嵌入有一種或多種單季胺化合物和一種或多種二季胺化合物的粘土。在實施例中，改性粘土吸附劑可以包含嵌入有一種或多種二季胺化合物的粘土。根據實施例，改性粘土吸附劑共混物可以包含嵌入有一種或多種單季胺化合物的第一粘土和嵌入有一種或多種二季胺化合物的第二粘土的共混物。
[0023]對粘土改性以嵌入季胺化合物可以根據本領域任何已知方法(包含濕法加工方法和干法、基于擠出的方法)進行。在實施例中，反應可以包含在粘土中每可交換陽離子混合大約1分子的季銨鹽。例如，季胺化合物或化合物共混物可以與水混合，并且然后可以將粘土添加到混合物中以使粘土與多官能季胺化合物反應。然后可以將混合物干燥并研磨成顆粒或粉末以供使用。
[0024]本公開的吸附劑應理解為可以通過將污染物吸附到改性粘土吸附劑而與污染物結合、固定或本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種用于從污染環境中吸附PFAS化合物的改性粘土吸附劑，所述改性粘土吸附劑包括：粘土，所述粘土嵌入有一種或多種二季胺化合物和一種或多種單季胺化合物，其中按所述改性粘土吸附劑中存在的季胺化合物的總摩爾數計，所述一種或多種二季胺化合物以約25mol％到約95mol％的摩爾百分比存在。2.根據權利要求1所述的改性粘土吸附劑，其中所述粘土嵌入有所述一種或多種二季胺化合物和一種或多種單季胺化合物達到所述粘土的總陽離子交換容量的至少50％。3.一種用于從污染環境中吸附PFAS化合物的改性粘土吸附劑，所述改性粘土吸附劑包括：第一改性粘土，所述第一改性粘土包括嵌入有一種或多種單季胺化合物的粘土；以及第二改性粘土，所述第二改性粘土包括嵌入有一種或多種二季胺化合物的粘土，其中第二改性粘土以這樣的量存在于所述改性粘土吸附劑中，使得按所述改性粘土吸附劑中存在的季胺化合物的總摩爾數計，所述一種或多種二季胺化合物以約25mol％到約95mol％的量存在。4.根據權利要求3所述的改性粘土吸附劑，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應的一種或多種單季胺化合物和二季胺化合物達到相應的第一改性粘土或第二改性粘土的陽離子交換容量的至少約50％。5.根據前述權利要求中任一項所述的改性粘土吸附劑，其中所述一種或多種二季胺化合物具有18個或更多個碳。6.根據權利要求5所述的改性粘土吸附劑，其中所述一種或多種二季胺化合物為地喹氯銨和式I化合物中的一種或多種：其中X是氯離子，并且R1是具有1到13個碳的脂肪族基團，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7獨立地選自脂肪族基團和芳香族基團，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一個是具有8個或更多個碳的脂肪族基團或芳香族基團。7.根據權利要求6所述的改性粘土吸附劑，其中所述式I化合物為五甲基丙二銨鹽酸鹽。8.根據前述權利要求中任一項所述的改性粘土吸附劑，其中按所述改性粘土吸附劑中的季胺化合物的總摩爾數計，所述一種或多種二季胺化合物以約25mol％到約50mol％的量存在。9.根據前述權利要求中任一項所述的改性粘土吸附劑，其中所述粘土為凹凸棒石、膨潤土、蒙脫石、綠脫石、貝得石、鉻膨潤石、鋰蒙脫石、皂石、鋅蒙脫石、斯堡卡石(sobockite)、硅鎂石、斯文弗石(svinfordite)、蛭石、坡縷石、卡龍石(kalonite)和海泡石中的一種或多種。10.根據前述權利要求中任一項所述的改性粘土吸附劑，其中所述改性粘土吸附劑存在于墊中。
11.根據前述權利要求中任一項所述的改性粘土吸附劑，其中所述單官能季胺為二甲基二(C14
?
C18烷基)氯化銨中的一種或多種。12.一種試劑盒，其包括：根據前述權利要求中任一項所述的改性粘土吸附劑和用于將所述粘土吸附劑添加到污染環境以吸附PFAS化合物的說明。13.一種試劑盒，其包括：根據權利要求3所述的改性粘土吸附劑，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土作為單獨的組分存在，以及用于將所述第一改性粘土和所述第二改性粘土單獨地添加到污染環境以形成所述改性粘土吸附劑的說明，所述改性粘土吸附劑的量使得按添加到所述污染環境的季胺化合物的總摩爾數計，所述一種或多種二季胺化合物以25mol％到約95mol％的量存在。14.根據權利要求13所述的試劑盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土以這樣的量添加，使得按添加到所述污染環境的季胺化合物的總摩爾數計，所述一種或多種二季胺化合物以25mol％到約50mol％的量存在。15.根據權利要求13或14所述的試劑盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土基本上同時添加。16.根據權利要求13或14所述的試劑盒，其中所述第一改性粘土和所述第二改性粘土順序地添加。17.一種從污染污染環境中吸附PFAS化合物的方法，所述方法包括：將改性粘土吸附劑與所述污染環境混合，其中所述改性粘土吸附劑包括嵌入有一種或多種二季胺化合物的粘土，其中所述二季胺化合物是地喹氯銨和/或式I化合物其中X是氯離子，并且R1是具有1到13個碳的脂肪族基團，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7獨立地選自脂肪族基團和芳香族基團，并且R2、R3、R4、R5、R6和R7中的至少一個是具有8個或更多個碳的脂肪族基團或芳香族基團。18.根據權利要求17所述的方法，其中所述改性粘土吸附劑用所述式(I)化合物改性。19.根據權利要求18所述的方法，其中所述式I化合物為五甲基丙二銨鹽酸鹽。20.根據權利要求17到19中任一項所述的方法，其中所述改性粘土吸附劑是用地喹氯銨改性的膨潤土。21.根據權利要求17所述的方法，其中所述改性粘土吸附劑用地喹氯銨和所述式I化合物兩者改性。22.根據權利要求21所述的方法，其中所述式I化合物為五甲基丙二銨鹽酸鹽。23.根據權利要求17到19、21和22中任一項所述的方法，其中在所述式I化合物中，R2、R3、R4、R5和R7各自為甲基，并且R6為脂肪族牛...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M，
申請(專利權)人：密執安特種礦石公司，
類型：發明
國別省市：