Beseitigung der PFAS-Kontamination durch thermische Induktionserwärmung

Mitarbeiter für Pulver- und Schüttgüter | 19. Juli 2023

Forscher der University of Missouri haben eine neue Methode entwickelt, die thermische Induktionserwärmung nutzt, um PFAS, das auf der Oberfläche von zwei festen Materialien – körniger Aktivkohle und Anionenaustauscherharzen – verbleibt, schnell abzubauen, nachdem die Materialien zum Filtern von PFAS aus kommunalen Wassersystemen verwendet wurden.

Dr. Feng „Frank“ Xiao, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Bau- und Umweltingenieurwesen am University of Missouri College of Engineering, und seine Kollegen arbeiten seit einiger Zeit an der thermischen Behandlung, bei der es sich wahrscheinlich um die weltweit erste Behandlung handelt in diesem Prozess.

Die Studie „Thermal Phase Transition and Rapid Degradation of Forever Chemicals (PFAS) in Used Media Using Induction Heating“ wurde in der Zeitschrift der American Chemical Society, ACS ES&T Engineering, veröffentlicht.

Dr. Feng „Frank“ Xiao, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Bau- und Umweltingenieurwesen am University of Missouri College of Engineering.

„Da die als PFAS bekannte Gruppe von Chemikalien im Allgemeinen einem Abbau widersteht, stellen sie erhebliche Herausforderungen für etablierte Behandlungsprozesse dar, einschließlich der Abfallentsorgungspraktiken für Materialien, die als Filter verwendet werden, wie körnige Aktivkohle und Anionenaustauscherharze“, sagte Xiao.

PFAS können mithilfe von Absorptionsmitteln aus dem Wasser gefiltert werden, die Entsorgung gebrauchter oder „verbrauchter“ Absorptionsmittel führt jedoch zu Umweltverschmutzungsproblemen. Ziel des Teams ist es, die Materialien zu reinigen, bevor sie ordnungsgemäß entsorgt werden.

Die Methode basiert auf dem Jouleschen Heizeffekt, der den Prozess der elektromagnetischen Induktion in einem metallischen Reaktor nutzt. Es führte zu einem 98-prozentigen Abbau von PFAS auf der Oberfläche von Absorptionsmitteln wie körniger Aktivkohle und Anionenaustauscherharzen nach nur 20 Sekunden, was diesen Prozess äußerst energieeffizient und schneller als herkömmliche Methoden macht.

Es gibt jedoch Nachteile. Wenn die Temperatur nicht hoch genug ist, bilden PFAS andere Produkte. Diese entstehen bei diesem Prozess – organische fluorierte Spezies und Fluorwasserstoff. Während der Verzehr durch Einatmen oder Verschlucken als giftig gilt, hat Xiao eine Lösung.

„Wenn die gasförmigen organischen fluorierten Produkte während der Induktionserwärmung nicht abgebaut werden, ist eine Reinigungsbehandlung erforderlich, um sie zu entfernen oder abzubauen“, sagte Xiao. „Basierend auf meinen früheren Studien können einige dieser Produkte jedoch durch regelmäßige thermische Behandlung abbaubar sein Ansätze. Gleichzeitig wird die Bildung von Fluorwasserstoff erhöht, was wünschenswert ist, da es zu einer stärkeren Mineralisierung bzw. Zersetzung von PFAS führt. Wir haben herausgefunden, dass Fluorwasserstoff einfach mit Ton oder Erde bei moderaten Temperaturen entfernt werden kann.“

Xiao sagte, dass organische Verbindungen schwerer zu entfernen seien. „Dazu brauchen wir mehr Informationen. Aber ich denke, wir haben eine Idee. Und die bisherigen Ergebnisse versprechen, eine 100-prozentige Entmineralisierung zu erreichen und die Bildung organischer Nebenprodukte nicht auf Null, sondern auf ein Minimum zu reduzieren.“

Xiaos Forschungsgruppe war die erste weltweit, die in drei zwischen 2019 und 2021 veröffentlichten Arbeiten den Abbau dauerhafter Chemikalien bei Temperaturen von nur 150 °C nachgewiesen hat. Die thermische Behandlung ist inzwischen zu einer der vielversprechendsten Technologien für den vollständigen Abbau dauerhafter Chemikalien geworden.

In einem anderen Projekt demonstrierte er, wie man PFAS im Boden durch extreme Hitze abbauen kann. In einem im Jahr 2022 veröffentlichten Artikel stellte Xiao fest, dass eine Erwärmung des Bodens auf 500 Grad für nur 30 Minuten 99 % aller PFAS abbaute.

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