Introductie
Het United States Patent and Trademark Office heeft TRS Group, Inc. (TRS) een octrooi toegekend voor de thermische behandeling van per-fluoroalkylsubstanties (PFAS) in de bodem (Oberle, D en E. Crownover, 2020). Het gepatenteerde proces maakt gebruik van verwarmers om de bodemtemperaturen te verhogen om PFAS te desorberen en te vervluchtigen. Belangrijk is dat de streeftemperaturen hoog genoeg zijn om organisch materiaal in de bodem af te breken, maar nog steeds laag genoeg om het risico van vorming van potentieel gevaarlijke PFAS-bijproducten te verkleinen. Aangezien de organische stof in de bodem wordt vernietigd, wordt er een vacuüm op de grond aangebracht om PFAS te verwijderen door vervluchtiging. De verdampte PFAS wordt naar een dampbehandeling geleid voor verdere verwerking.
Hoe het TRS-octrooi verschilt van andere octrooien
Het TRS-patent is het enige patent voor bodemverwarming dat zich specifiek richt op thermische behandeling van PFAS. Andere thermische leveranciers kunnen beweren een "gepatenteerde PFAS-behandeling" te hebben; De referentie betreft echter gepatenteerde verwarmingsapparatuur of -processen, niet de behandeling van PFAS.
PFAS adsorbeert sterk aan de bodem
PFAS omvat een brede klasse van antropogene gefluoreerde chemicaliën. Vanwege hun speciale oppervlaktespanningseigenschappen worden ze door meerdere industrieën voor veel producten gebruikt. Afhankelijk van de structuur kan PFAS ionisch, niet-ionisch of zwitterionisch zijn (Backe et al., 2013). Waterige filmvormende schuimen (AFFF's) zijn een veelvoorkomende bron van PFAS-besmetting over de hele wereld (Houtz, 2013). De AFFF's bestaan typisch uit perfluoralkylzuren (PFAA's), die een hydrofobe fluorkoolstofstaart en een hydrofiele kop hebben, meestal bestaande uit een carboxylaat- of sulfonaatfunctionele groep. De koolstofruggengraat zorgt ervoor dat PFAS zich aan de bodem kan hechten door van der Waals-krachten, vanwege de organische stoffen in de bodem (Ferrey et al., 2012). PFAS kan ook een interactie aangaan met de bodem door ionische lading (Lixia et al., 2014). De adsorptie van PFAS kan behoorlijk sterk zijn. Tests hebben bijvoorbeeld aangetoond dat het doorspoelen van oplosmiddelen met alcohol sommige van de adsorptieve bindingen van PFAS aan koolstof niet kon verbreken (Ziwen et al., 2014).
Het gepatenteerde proces van TRS verbreekt adsorptieve obligaties en verdrijft PFAS uit de bodem
Het is aangetoond dat thermische desorptie bij lage temperatuur meer dan 99.99 procent van PFAS uit de bodem kan verwijderen wanneer het wordt uitgevoerd bij een temperatuur waarbij het organische materiaal in de bodem wordt afgebroken (Crownover et al., 2019). Organische stof in de bodem wordt efficiënt afgebroken bij temperaturen in het bereik van 360 ° C tot 450 ° C (Nelson & Sommers, 1996). Meer dan 99.99 procent verwijdering van PFAS werd bereikt door de grond op een temperatuur van 400⁰C te verhitten en vast te houden. De verwijdering van organische stoffen uit de grond is duidelijk zichtbaar bij het bekijken van foto's van de grond voor en na behandeling (zie figuur 1). Figuur 1: Bodem voor en nadat organisch materiaal is verwijderd door thermische behandeling
Het TRS-proces minimaliseert het potentieel voor PFAS-producten voor thermische afbraak
Er was enige bezorgdheid dat het verwarmen van PFAS giftige afbraakproducten zou kunnen veroorzaken (USEPA, 2020). De chemische binding van koolstof tot fluoride is de sterkste binding in de organische chemie en vereist zeer hoge temperaturen om te breken (Hurst, 2019). Studies hebben aangetoond dat temperaturen van meer dan 400⁰C doorgaans nodig zijn om de afbraak van geperfluoreerde stoffen te veroorzaken (Madorsky et al., 1953; Marhevka, 1982; Muhammad, 2017). Het gepatenteerde TRS-proces werkt over het algemeen in het temperatuurbereik van 350 tot 400⁰C, wat lager is dan de temperaturen waarop afbraakproducten zouden worden verwacht. Daarom is het gepatenteerde PFAS-proces van TRS veel veiliger dan andere thermische processen, zoals draaiovens of ovenachtige kamers, die bij hogere temperaturen werken.
Referenties
Backe, WJ et al., Zwitterionische, kationische en anionische gefluoreerde chemicaliën in waterige filmvorming
Schuimformuleringen en grondwater van Amerikaanse militaire bases door niet-waterige grootvolume-injectie
HPLC-MS / MS, Environmental Science Technology, Vol. 47, nr. 10., blz. 5226-5234 (2013).
Crownover, EC et al., Perfluoralkyl en polyfluoralkyl stoffen thermische desorptie evaluatie, Remediation, Vol. 29, blz. 77-81 (2019).
Ferrey, ML, et al., Gedrag en lot van PFOA en PFOS in Sandy Aquifer Sediment, Groundwater Monitoring and Remediation, Vol. 32, nr. 4, pp 63-71 (najaar 2012).
Houtz, EF et al., Persistence of Perfluoroalkyl Acid Precursors in AFFF-Impacted Groundwater and Soil, Environmental Science Technology, Vol. 47, nr. 15, blz. 8187-8195 (2013).
Hurst, RI, Beheer van risico's en verplichtingen in verband met per‐ en polyfluoralkylstoffen (PFAS's),
CL: AIRE Technical Bulletin TB19, CL: AIRE, Londen, VK (2019).
Lixia, Z. et al, Vergelijking van het sorptiegedrag en de mechanismen van perfluorsulfonaten en perfluorcarbonzuren op drie soorten kleimineralen, Chemosphere, Vol. 114, blz. 51-58 (2014).
Madorsky, SL, Thermal Degradation of Tetrfluoroethylene and Hydrofluoroethylene Polymers in a Vacuum, Journal of Research of the National Bureau of Standards, Vol. 51, nr. 6, blz. 327-333 (1953).
Marhevka, JS et al., Generatie van perfluorisobutyleenreferentiemonster en bepaling door gaschromatografie met elektronenvangst en vlamionisatiedetectie, Analytical Chemistry, Vol. 54, blz
2607-2610 (december 1982).
Muhammad, S. et al., PTFE-geciteerde pannen met anti-aanbaklaag en zorgen over toxiciteit: een perspectief, Environ. Sci. Vervuiling. Res., Vol. 24., blz. 23436-23440 (2017).
Nelson, DW en LE Sommers, Totale koolstof, organische koolstof en organische stof, in METHODEN VAN BODEMANALYSE, DEEL 3 - CHEMISCHE METHODEN, redacteur DL Sparks, Soil Science Society of America, Madison, WI (1996).
Oberle, D. en E. Crownover, PFAS Remediation Method and System, Amerikaans octrooi, ingediend op 26 juni 2018. USEPA Technical Bulletin, Per‐ en polyfluoralkylsubstanties (PFAS) Verbranding om PFAS te beheren
Afvalstromen, februari 2020. Ziwen, D. et al., Adsorptiegedrag en mechanisme van geperfluoreerde verbindingen op verschillende adsorbentia
- A review, Journal of Hazardous Materials, Vol. 274, blz. 443-454 (2014).
