Enhancing Interface Reactions by Introducing Microbubbles into a Plasma Treatment Process for Efficient Decomposition of PFOA

全氟辛酸 化学 流出物 环境化学 水处理 分解 废水 污水处理 自来水 降级(电信) 环境工程 环境科学 有机化学 计算机科学 电信
作者
Han Zhang,Pan Li,Zhang Ai,Zhuyu Sun,Jinxia Liu,Paul Héroux,Yanan Liu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (23): 16067-16077 被引量:141
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c01724
摘要

Efficient destruction of perfluoroalkyl compounds in contaminated waters remains a challenge because of highly stable C-F bonds. In this study, mineralization of perfluorooctanoic acid (PFOA) with high concentration (∼30 mg/L) was realized in a needle-plate pulsed discharge reactor integrated with a water jet (NPDW) to which microbubbles (MBs) with different carrier gases (air, N2, and Ar) were introduced to enhance interfacial reactions. MBs effectively enrich dispersed PFOA from a bulk solution to a liquid surface to allow enhancing contact with reactive species and also expanding the plasma discharge area and channels. The PFOA removal efficiency in air and Ar discharge reached 81.5 and 95.3% in 2 h, respectively, with a defluorination ratio of no less than 50%. Energy requirements (EE/O) ranged from 216.49 to 331.95 kWh/m3. Aside from fluoride, PFOA was degraded to a range of short-chain perfluoroalkyl acids and, to a minor extent, at least 20 other fluorinated transformation products. PFOA degradation mechanisms were proposed, including decarboxylation, hydroxylation, hydrogenation reduction, and defluorination reactions. Real water matrices (groundwater, tap water, wastewater effluent, and surface water) showed moderate impact on treatment outcomes, demonstrating the robustness of the treatment process. The study demonstrated an environmentally friendly nonthermal plasma technology for effective PFOA degradation.
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