Den fjärde kvartalsrapporten inom AESF Research Project #R-125 behandlar utvecklingen av dopade Ti₄O₇-anoder för att förbättra nedbrytningen av PFAS genom elektrokemisk oxidation. Studien, genomförd av Qingguo (Jack) Huang och Yuqing Ji vid University of Georgia, fokuserar på att öka nedbrytningseffektiviteten och minska energiförbrukningen vid behandling av PFAS-förorenat vatten.
PFAS (per- och polyfluorerade alkylsubstanser) är svårnedbrytbara ämnen med hög kemisk stabilitet, vilket gör konventionella reningsmetoder som aktivt kol och jonbyte otillräckliga. Elektrokemisk oxidation (EO) lyfts fram som en lovande teknik där reaktiva radikaler, exempelvis hydroxylradikaler, bryter ned PFAS-molekyler. Ti₄O₇-anoder, särskilt i den så kallade Magnéli-fasen, har visat sig vara lämpliga tack vare hög elektrisk ledningsförmåga och kemisk stabilitet. Dopning med metaller som niob (Nb) och cerium (Ce) undersöks för att ytterligare förbättra prestandan.
I denna studie, som behandlar nedbrytning av PFOS, utvärderas både nano- och mikrostrukturerade Ti₄O₇-anoder i en reaktiv elektrokemisk membranreaktor (REM). Systemet kombinerar elektrokemisk oxidation med membranfiltrering i korsflöde, där både retentat och permeat analyseras.
Resultaten visar att adsorption spelar en viktig initial roll, särskilt i mikrostrukturerade anoder med porstorlekar på 2–4 nm, vilket är gynnsamt i förhållande till PFOS-molekylens storlek (1,32 nm). När ström appliceras sker en tydlig ökning av nedbrytningen. Vid en strömtäthet på 40 mA/cm² uppnås cirka 88,5–90,0 % reduktion av PFOS, med liknande resultat för både nano- och mikroanoder.
Analysen visar också att kortkedjiga PFAS bildas som mellanprodukter, exempelvis PFBA, PFBS och PFHxA. Dessa bildas genom stegvis nedbrytning av kolkedjan, en mekanism som bekräftar tidigare studier. Vissa av dessa mellanprodukter uppvisar högre motstånd mot vidare oxidation, vilket påverkar den totala reningseffektiviteten.
Energiförbrukningen utvärderas med parametern EE/O (kWh·m⁻³), vilket ger ett mått på hur mycket energi som krävs för att reducera föroreningshalten med en tiopotens. Resultaten visar att optimering av anodmaterial och driftförhållanden är avgörande för att balansera nedbrytningseffektivitet och energibehov.
Arbetet visar att dopade Ti₄O₇-anoder i REM-system har potential för avancerad PFAS-rening, men att vidare optimering krävs, särskilt med avseende på mellanprodukter och energiförbrukning.
Rapporten kan laddas ner här.
