Rapid and Efficient Removal of Ultrashort- and Short-Chain PFAS from Contaminated Water by Pyrogenic Carbons: A Strategy via Polypyrrole Nanostructured Coating

聚吡咯 涂层 污染 受污染的水 材料科学 化学工程 环境化学 纳米技术 化学 聚合物 复合材料 聚合 生态学 生物 工程类
作者
Hao Yu,Peng Zhang,Dongbao Song,Hao Chen,Peng Xiao Huang,Srđan D. Rončević,Hongwen Sun
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (30): 16034-16045 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c06248
摘要

The global concern of per- and polyfluoroalkyl substance (PFAS) contamination has gradually shifted from long- to ultrashort- and short-chain PFAS, but the widely used pyrogenic carbons (PCs) are almost ineffective at removing such hydrophilic pollutants. Herein, a polypyrrole (PPy) nanostructured coating strategy was proposed to modify PCs (PPy@P-BC) for rapid and efficient removal of ultrashort- and short-chain PFAS from water. Static batch tests revealed that the sorption rate constant and sorption capacity of PFAS (C2–C6) on PPy@P-BC are at least 38 times and 5 times greater than those on undecorated PCs and benchmark materials of granular activated carbon, respectively, and their sorption equilibrium time is within 300 s. The outstanding sorption performance of PPy@P-BC is maintained in dynamic column tests (>3120 bed volumes) and different types of real water contaminated by 36 PFAS, including 11 previously identified emerging PFAS (removal >95.3%). PPy@P-BC also exhibited excellent regeneration and reusability. The following dual-drive mechanisms for PFAS removal were identified based on experimental results and density functional theory (DFT) calculations: (i) electrostatic attraction between amino functional groups (especially −NH •+ −) on the nanostructured PPy coating and anionic PFAS and (ii) pore filling facilitated by the well-preserved porous structure via construction of the nanostructured coating. Overall, these results provide a promising solution to address the ultrashort- and short-chain PFAS crisis.
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