[发明专利]一种基于机械力化学处理全氟和多氟化合物固体废物的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境污染废物处理技术领域，具体涉及一种基于机械力化学处理全氟和多氟化合物固体废物的方法。

背景技术

全氟化合物（Perfluorinated Compounds）或多氟化合物（Polyfluorinated Compounds）是指有机物结构中与碳（C）相连的氢（H）全部或者部分被氟（F）取代的化合物。具有代表性的全氟化合物包括全氟辛烷磺酸及其盐（PFOS）、全氟辛酸及其盐（PFOA）等，它们从20世纪50年代开始使用，被广泛应用于工业品和消费品中。PFOS作为性能优异的表面活性剂曾在过去五十年里被大量用作纺织和皮革整理剂、泡沫灭火剂、石油开采助剂、电镀抑雾剂等。PFOA作为一种重要的原料被用于生产航空、电子、厨具等表面涂层所需要的高效氟聚合物。

然而，近年来的研究表明，以PFOS和PFOA为代表的全氟和化合物具有很强的持久性、生物累积性、生物毒性和远距离迁移的能力，在环境中几乎不降解。20世纪90年代以来，PFOS和PFOA在地表水、地下水、饮用水、沉积物、动物以及人体内被频繁检出，引起了国际社会的广泛关注。欧盟于2006年发布了《关于限制全氟辛烷磺酸销售及使用的建议和指令》；美国环保署（EPA）也于2006年提出了PFOA自主削减计划，要求主要相关企业到2010年减少PFOA排放95%，到2015年努力实现零排放；2009年5月，第四次缔约方大会将PFOS增列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》（POPs公约）附件A的管制名单。

随着PFOS被列入POPs公约而禁止使用，一些全氟和多氟代化合物作为PFOS和PFOA的替代品出现在市场上，例如：全氟丁烷磺酸及其盐（PFBS），典型CAS号如375-73-5，29420-49-3；全氟己烷磺酸及其盐（PFHxS），典型CAS号如355-46-4，3871-99-6；全氟烷基醚磺酸钾（商品名：F-53B，CAS号为73606-19-6）等全氟化合物；6:2氟调聚物磺酸及其盐（6:2FTS），典型CAS号如27619-97-2、425670-75-3等多氟化合物。这些物质主要在生物累积性上有所降低，但在难降解性和环境持久性上并没有明显的改善。

鉴于上述情况，寻找合适的全氟和多氟化合物固体废物的处置方法具有重要的现实意义。目前降解全氟化合物固体废物的方法主要是高温焚烧，其不仅需要比较苛刻的反应条件和设备，而且易生成腐蚀性的氟化氢酸性气体，还有可能生成二恶英类副产物，因此开发基于非焚烧方法的全氟和多氟化合物固体废物处置技术值得关注。

机械力化学（mechanochemistry）处置法是将污染物固体和反应试剂置于高能球磨反应器内，利用机械力来引发化学反应，从而达到降解污染物的目的。之前的专利与论文主要涉及了氯代持久性有机污染物，而对于含有更高键能碳氟键的氟代持久性有机污染物（如PFOS或PFOA）目前仅有一篇公开文献（新谷昌之，内藤勇太，山田信吾，野村祐吾，周勝，中島田豊，細見正明. メカノケミカル法によるペルフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）およびペルフルオロオクタン酸（PFOA）の分解. 化学工学論文集. 2008, 34(5): 539-544），研究人员采用传统的氧化钙分别与PFOS和PFOA混合后加入行星式球磨机，在700 rpm转速下进行球磨，实现了PFOS和PFOA的基本完全分解，所需要的时间分别为3h和18h，但是所检测到的无机氟产物微乎其微（小于理论产率的1%），对于PFOS而言所检测到的硫酸根离子的量最高也不到理论产率的50%。上述结果一方面说明了机械力化学法处置PFOS和PFOA的技术可行性，同时也表明了使用氧化钙为反应试剂的方法局限性。

从实际的废物处置角度来看，不仅需要实现目标物质的转化，同时也希望其中的氟能够较好地无机化——这对于说明PFOS和PFOA处置过程中脱氟解毒非常重要，因此需要在方法上有进一步的创新。另一方面，鉴于新出现的全氟或多氟化合物类替代品多数仍具有难降解性和持久性，也有必要从技术上探讨对其适用的高效分解处置技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机械力化学处理全氟和多氟化合物固体废物的方法。