PFAS removal from water by granular activated carbon : insights into recent studies

Abstract

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) comprise a large family of synthetic organic compounds widely used in industrial and consumer applications because of the unique properties provided by their strong carbon-fluorine bonds. Due to their widespread use and high persistence, PFAS have become widespread environmental contaminants and have been detected even in treated drinking water, raising concerns about potential risks to human health. Among the available treatment methods, adsorption is considered as an effective approach for PFAS removal, and granular activated carbon (GAC) has emerged as one of the most promising adsorbents. The aim of this bachelor’s thesis is to compile and evaluate recent research on the ability of GAC to remove PFAS from water through a comprehensive literature review. The thesis also discusses current limitations, possible improvements, and directions for future research. In the present work, the performance of GAC was assessed by examining its physical and chemical properties, as well as the adsorption mechanisms involved in PFAS removal. GAC was also compared with other adsorbents and their adsorption performance. The results showed that GAC can adsorb a variety of PFAS, but the adsorption of short-chain PFAS was limited. In addition, the adsorption performance of GAC was outperformed by some of the other adsorbents. Other areas of improvement included environmental impacts as well as additional costs associated with the frequent change-outs of GAC. Based on the results, future research should focus on improving the adsorption efficiency of GAC and continue developing regeneration methods. This could reduce both environmental effects and the overall cost of the method.

Per- ja polyfluoratut alkyyliyhdisteet (PFAS) muodostavat suuren ryhmän synteettisiä orgaanisia yhdisteitä. Vahvat hiili-fluorisidokset mahdollistavat ainutlaatuisia ominaisuuksia, minkä ansiosta yhdisteitä hyödynnetään laajasti teollisissa ja kaupallisissa sovelluksissa. Yhdisteiden laaja-alaisesta käytöstä ja korkeasta pysyvyydestä johtuen PFAS-yhdisteistä on tullut laajalti levinneitä ympäristön haitta-aineita, joita on löydetty jopa puhdistetusta juomavedestä. Tämä on herättänyt huolta yhdisteiden mahdollisista terveyshaitoista, joita altistuminen juomaveden kautta voisi aiheuttaa. Saatavilla olevista puhdistusmenetelmistä adsorption on todettu olevan tehokas lähestymistapa PFAS-yhdisteiden poistoon, ja rakeinen aktiivihiili (GAC) on osoittautunut yhdeksi lupaavimmista adsorbenteista. Tämän kandidaatintyön tarkoitus on koota ja arvioida viimeisimpiä tutkimuksia liittyen GAC:n kykyyn poistaa PFAS-yhdisteitä, kattavan kirjallisuuskatsauksen kautta. Työ käsittelee myös nykyisiä rajoituksia, mahdollisia kehityskohtia ja tulevaisuuden tutkimussuuntia. Tässä työssä GAC:n suorituskykyä arvioitiin tutkimalla sen fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, sekä PFAS-yhdisteiden poistossa vaikuttavia adsorptiomekanismeja. GAC:a verrattiin myös muihin adsorbentteihin ja niiden suorituskykyyn. Tulokset osoittivat, että GAC pystyy adsorboimaan laajasti eri PFAS-yhdisteitä, mutta lyhytketjuisten yhdisteiden adsorptio on rajoittunutta. Tämän lisäksi sen adsorptiokyky oli heikompi, kuin joillain muista adsorbenteistä. Muihin parannettaviin osa-alueisiin sisältyivät ympäristövaikutukset ja tiheästä GAC:n vaihtovälistä aiheutuvat lisäkulut. Tutkimustulosten perusteella tulevaisuuden tutkimusten tulisi keskittyä parantamaan GAC:n adsorptiotehokkuutta ja jatkaa regenerointimenetelmien kehittämistä. Näin voitaisiin vähentää sekä menetelmän ympäristövaikutuksia että siitä aiheutuvia kokonaiskustannuksia.