Implementatie van een hyperbolische vortex plasmareactor voor de verwijdering van microverontreinigingen in water

Summary

Deze studie presenteert de methodologie voor het genereren van zes verschillende soorten plasmalozingen binnen een hyperbolische vortexplasmareactor voor de afbraak van microverontreinigingen in water, waaronder geneesmiddelen en per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS).

Abstract

De aanwezigheid van microverontreinigingen in water is een steeds dringender milieuprobleem. Terwijl sommige microverontreinigingen gemakkelijk biologisch afbreekbaar zijn, zijn andere, zoals per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS), uiterst persistent en resistent tegen conventionele waterbehandelingstechnologieën. Behandeling op basis van plasma wordt al tientallen jaren onderzocht voor de ontsmetting van water en afvalwater, waarbij recente studies de hoge werkzaamheid ervan aantonen bij het afbreken van PFAS met zowel korte als lange ketens. Hier wordt op plasma gebaseerde afvalbehandeling gecombineerd met een hyperbolische watervortex aan het vrije oppervlak, die een volumetrische massaoverdrachtscoëfficiënt heeft die groter is dan die van vergelijkbare systemen. Voor dergelijke toepassingen kunnen verschillende soorten plasmaontladingen worden gebruikt, die elk specifieke voedingsconfiguraties en operationele strategieën vereisen. Met name het gebruik van gepulseerde signalen brengt unieke technische uitdagingen met zich mee. Deze studie onderzoekt het genereren en karakteriseren van zes verschillende plasma-ontladingstypen binnen een hyperbolische vortex-plasmareactor: gepulseerde monopolaire (negatief en positief), gepulseerde bipolaire "flashover", AC- en DC-boog en gloeiontlading. De pulskarakteristieken van monopolaire en bipolaire gepulseerde ontladingen werden geanalyseerd en hun efficiëntie bij PFAS-afbraak werd geëvalueerd. Van de geteste configuraties vertoonde de bipolaire flashover-ontlading de hoogste degradatie-efficiëntie in een hyperbolische vortexplasmareactor. De praktische implementatie brengt echter aanzienlijke technische uitdagingen met zich mee, waardoor het gebruik ervan op grotere schaal een uitdaging is.

Introduction

Spiraalvormige structuren zijn fundamenteel voor de natuur en beïnvloeden verschijnselen variërend van de microscopische rangschikking van DNA tot de enorme formaties van sterrenstelsels ^1,2. In de vloeistofdynamica vertonen spiraalvormige stromingen unieke eigenschappen op het gebied van menging, energieoverdracht en stabiliteit, die kunnen worden gebruikt voor innovatieve technische toepassingen³. Geïnspireerd door deze natuurlijke stromingspatronen zijn hyperbolische waterwervels onderzocht op hun potentieel bij het verbeteren van de beluchting en het mogelijk maken van geavanceerde waterbehandelingstechnologieën 4,5,6,7. Deze studie onderzoekt de integratie van hyperbolische vortexdynamiek met plasmaontlading voor de afbraak van persistente microverontreinigingen, in het bijzonder per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS).

Het eerste onderzoek naar hyperbolische trechters werd gemotiveerd door hun efficiëntie bij beluchting, een cruciaal proces in de waterbehandeling. Deze geometrisch beperkte wervelingen verbeteren de gas-vloeistofinteracties aanzienlijk, waardoor de zuurstofoverdrachtssnelheid toeneemt en het energieverbruik wordt geminimaliseerd⁷. Een gedetailleerde uitleg van de vorming en werking van hyperbolische waterwervels wordt elders gegeven⁶. Al snel werd duidelijk dat de hoge mate van menging en oppervlaktetoename die resulteerde in zo'n hoge beluchtingscapaciteit, verder kon worden benut voor de afbraak van verontreinigende stoffen. Voortbouwend op dit idee werd plasmalozing geïntroduceerd in het vortexsysteem, waardoor een nieuwe hybride benadering voor de verwijdering van microverontreinigingen ontstond⁸.

Microverontreinigingen, waaronder farmaceutische producten, pesticiden en PFAS, vormen aanzienlijke uitdagingen voor het milieu en de volksgezondheid vanwege hun persistentie en resistentie tegen conventionele waterbehandelingsmethoden⁹. Hiervan zijn PFAS - gewoonlijk aangeduid als "forever chemicals" - bijzonder problematisch vanwege hun sterke koolstof-fluorbindingen, die extreme stabiliteit en bioaccumulatief potentieel verlenen^10,11.

Er is een breed scala aan technologieën ontwikkeld om PFAS-verontreiniging aan te pakken, waaronder adsorptie met actieve kool^12,13 en membraanscheiding¹⁴. Hoewel deze methoden effectief zijn in het afvangen van PFAS, zijn ze niet-destructief en genereren ze secundaire afvalstromen. Actieve kool wordt kostbaar vanwege de frequente regeneratiebehoeften, vooral bij hoge PFAS-belastingen, en concurreert met co-contaminanten, terwijl membraansystemen PFAS concentreren in afvalpekel die verdere behandeling vereist.

Geavanceerde oxidatieprocessen (AOP's) zoals elektrochemische oxidatie, ozonisatie, op UV gebaseerde systemen en superkritische wateroxidatie zijn bedoeld om PFAS af te breken in plaats van ze te scheiden^15,16. Ze hebben echter vaak te kampen met een hoge energiebehoefte, een slechte selectiviteit (vooral voor PFAS met een korte keten) en het ontstaan van schadelijke bijproducten of onvolledige afbraak.

Op plasma gebaseerde technologieën hebben onlangs aandacht gekregen als een veelbelovende destructieve methode, die een snelle PFAS-afbraak biedt over ketenlengtes 17,18,19,20. De meeste studies rapporteren echter verminderde prestaties op PFAS met een korte keten, die vaak worden gegenereerd als intermediaire bijproducten tijdens het behandelingsproces. Bovendien kan plasmabehandeling alleen energie-intensief en moeilijk op te schalen zijn.

Er zijn verschillende soorten plasmalozing onderzocht voor waterbehandelingstoepassingen. Deze omvatten gelijkstroom (DC) gloei- en boogontladingen, wisselstroomontladingen (AC), gepulseerde corona-ontlading, diëlektrische barrièreontlading (DBD) en glijdende boogontlading 8,21,22,23,24. Elk type plasma-ontlading vertoont verschillende kenmerken bij het genereren van reactieve soorten, energiedistributie en afbraakroutes van verontreinigende stoffen. Terwijl gloeiontlading bij lagere temperaturen werkt en zorgt voor uniforme ionisatie, levert boogontlading intense plaatselijke verwarming, waardoor het effectief is voor het afbreken van persistente organische verontreinigende stoffen 25,26,27. Gepulseerde ontladingen, zoals monopolair en bipolair gepulseerd plasma, worden gekenmerkt door hun hoge energiedichtheid en het genereren van voorbijgaande reactieve deeltjes, die bijdragen aan een verbeterde efficiëntie van de afbraak van microverontreinigingen bij matige energiebehoeften⁸.

Deze studie demonstreert een methode voor het genereren en bedienen van zes verschillende soorten plasmaontladingen binnen een hyperbolische vortexplasmareactor: (i) gepulseerd monopolair negatief, (ii) gepulseerd monopolair positief, (iii) gepulseerde bipolaire "flashover", (iv) AC-boog, (v) DC-boog en (vi) gloeiontlading. Elk van deze ontladingsmodi heeft unieke interacties met de hyperbolische vortex, die de vorming van reactieve zuurstof- en stikstofsoorten (RONS), ultraviolette straling, schokgolven, energetische elektronen en opgeloste elektronen beïnvloedt, die allemaal bijdragen aan de afbraak van verontreinigende stoffen. De elektrodeconfiguraties voor elk type plasmaontlading dat in de experimenten is gebruikt, zijn weergegeven in figuur 1. De integratie van dergelijke plasma-ontladingsmodi met door vortex geïnduceerde menging zorgt voor een betere massaoverdracht en een beter contact tussen contaminanten en reactieve soorten, wat resulteert in een effectievere afbraak van microverontreinigingen.

Zoals aangetoond in ^28,29, verbetert de toevoeging van een kationische oppervlakteactieve stof de afbraakefficiëntie verder door het transport van PFAS-moleculen naar de plasma-waterinterface te bevorderen, waar de meest intense reactieve processen plaatsvinden. De resultaten geven aan dat dit systeem een bijna volledige afbraak van PFAS bereikt met behoud van operationele haalbaarheid.

Bovendien, zoals elders³⁰ is aangetoond, vertoonden met PFAS verontreinigde monsters die in een hyperbolische vortexplasmareactor onder een luchtatmosfeer werden behandeld, geen toename van cytotoxiciteit of genotoxiciteit. Deze bevindingen ondersteunen verder het potentieel van deze technologie als een veelbelovende benadering voor PFAS-verwijdering.

De implicaties van dit onderzoek reiken verder dan PFAS-afbraak. De combinatie van Hyperbolic Vortex Induced Mixing en plasmabehandeling biedt een schaalbare en aanpasbare oplossing voor verschillende uitdagingen op het gebied van waterbehandeling, van het verwijderen van organische verontreinigingen tot verbeterde oxygenatie. Toekomstige studies zullen zich richten op het optimaliseren van reactorconfiguraties, het onderzoeken van het lot van degradatiebijproducten en het evalueren van systeemprestaties op lange termijn in real-world toepassingen.

Door op de natuur geïnspireerde vloeistofdynamica te combineren met geavanceerde plasmachemie, maakt deze studie de weg vrij voor duurzamere en effectievere waterbehandelingstechnologieën die kritieke milieuproblemen aanpakken en tegelijkertijd het energie- en hulpbronnenverbruik verminderen.

Protocol

1. Algemene aanbevelingen

1. Voordat u de experimentele opstelling hanteert, ontlaadt u alle opgehoopte statische lading door geleidende delen aan te raken met een aardingsstok.
2. Inspecteer alle hydraulische en elektrische aansluitingen van de opstelling op integriteit en goede functionaliteit.
3. Start de pompen met een laag debiet (80 ^L.h-1) met schoon water en controleer of er geen lekken zijn.
4. Zorg ervoor dat de reactor vrij is van gaslekken door deze op 1 atm te spoelen met perslucht en een zeep-wateroplossing op alle aansluitingen aan te brengen.
   OPMERKING: Als er luchtbellen verschijnen na het uitvoeren van stap 1.4, duidt dit op een gaslek dat vóór de behandeling moet worden geïdentificeerd en afgedicht.

2. Experimentele opstelling

1. Hyperbolische vortex plasma-opstelling (Figuur 2)
   1. Ontlaad alle metalen onderdelen door ze aan te raken met een aardingsstok.
      NOTITIE: Als er een restlading aanwezig is na het werken met hoog voltage, zal er een zichtbare en hoorbare vonk optreden tussen de aardingsstick en het geladen onderdeel.
   2. Activeer de Dräger-sensor (12 in afbeelding 2) door de OK-knop drie seconden ingedrukt te houden om detectie van ozon, nitriet en zuurstof die door het plasma wordt gegenereerd mogelijk te maken. Plaats de sensor in de juiste kast om te controleren op mogelijke gaslekken.
   3. Sluit het waterreservoir (14 in afbeelding 2) met gedeïoniseerd water aan op de opstelling via de daarvoor bestemde slangleiding.
   4. Start de primaire pomp door op de afspeelknop te drukken om water in de hyperbolische trechter te brengen, waardoor een debiet van 85 L·^h-1 wordt gegarandeerd, dat iets hoger is dan de drempel die nodig is voor de vorming van de gewenste vortex⁶.
      OPMERKING: Bij hogere debieten kan het waterpeil in de reactor iets stijgen tot boven het optimale niveau dat nodig is voor een stabiele werking.
   5. Start de secundaire pomp door op de afspeelknop te drukken en zorg voor een debiet van 10 L·^h-1 om water uit het bovenste gedeelte van de hyperbolische trechter te halen, waardoor het waterpeil wordt gestabiliseerd en een constante afstand tussen de elektroden en het wateroppervlak wordt gehandhaafd.
      OPMERKING: Het gebruik van zowel de primaire als de secundaire pomp zorgt voor een stabiel waterpeil in de reactor. Als u alleen de primaire pomp gebruikt, kan dit leiden tot schommelingen in het waterpeil.
   6. Zodra een stabiele vortex is bereikt en er geen lekken worden gedetecteerd, vervangt u het schone water door het experimentele monster en herhaalt u de stappen 2.1.3 en 2.1.4.
   7. Stel indien nodig de afstand tussen elektrode en water nauwkeurig af om de plasmavorming te optimaliseren.
   8. Spoel de reactor met een laag persluchtdebiet (0,1 atm) om de interne atmosfeer te stabiliseren en optimale plasmalozingsomstandigheden te garanderen³¹.
   9. Als u een kationische oppervlakteactieve stof gebruikt, sluit dan een hulpreservoir met de oppervlakteactieve stofoplossing aan en breng deze via een doseerpomp in de gewenste concentratie vóór de reactorinlaat.

3. Verschillende soorten plasma-ontladingen

1. DC-boog ontlading
   1. Gebruik het elektrische circuit dat wordt afgebeeld in afbeelding 3A.
   2. Sluit de positieve en negatieve hoogspanningsuitgangen van de bruggelijkrichter aan op de elektroden die boven het watervortexoppervlak zijn geplaatst.
      NOTITIE: Als u met een enkele polariteit (positief of negatief) werkt, aard dan de betreffende klem en werk uitsluitend met de gewenste polariteit.
   3. Sluit de variac aan op het 230 V stopcontact en haal de rode veiligheidsschakelaar uit om hoogspanning in te schakelen.
   4. Ontsteek de plasmaontlading door de spanning (0 V tot 250 V) geleidelijk te verhogen met behulp van de variac.
2. AC-boog ontlading
   1. Gebruik het elektrische circuit dat wordt afgebeeld in afbeelding 3B.
   2. Sluit beide hoogspanningsuitgangen aan op de elektroden die boven het oppervlak van de waterwerveling zijn geplaatst.
      OPMERKING: Als u met een enkele uitgang werkt, aard dan de betreffende klem.
   3. Sluit de variac aan op het 230 V stopcontact en schakel de rode veiligheidsschakelaar uit om hoogspanning in te schakelen.
   4. Ontsteek de plasmaontlading door de spanning (0 V tot 250 V) geleidelijk te verhogen met behulp van de variac.
3. Gloedontlading in heliumatmosfeer
   1. Gebruik het elektrische circuit dat wordt afgebeeld in afbeelding 4.
      NOTITIE: Er kunnen verschillende elektrische circuits worden gebruikt, afhankelijk van de specifieke gloeiontladingsvereisten (Figuur 3, Figuur 4, Figuur 5 en Figuur 6).
   2. Sluit de hoogspanningsuitgangen aan op de elektroden die boven het oppervlak van de waterwerveling zijn geplaatst.
      OPMERKING: De gloeiontlading vormt zich tussen elektroden met tegengestelde polariteit. Door het aantal en de plaatsing van elektroden aan te passen, wordt de ontladingstopologie gewijzigd.
   3. Sluit de variac aan op het 230 V stopcontact en schakel de rode veiligheidsschakelaar uit om hoogspanning in te schakelen.
   4. Voeg helium toe met het gewenste debiet door een gasklep te openen.
      OPMERKING: Geef helium voldoende tijd om de omgevingslucht te vervangen. De kleur van de gloeiontlading gaat over van paars naar wit naarmate de heliumconcentratie toeneemt. Hogere stroomsnelheden van heliumgas verbeteren de helderheid van de ontlading.
   5. Ontsteek de plasmaontlading door de spanning geleidelijk te verhogen van 0 V met behulp van de variac totdat er een elektrische storing optreedt tussen de elektroden en de plasmaovergangen van gloeiontlading naar boogontlading.
      NOTITIE: Te veel spanning kan de gloeiontlading veranderen in een gepulseerde boogontlading als gevolg van condensatoreffecten in het circuit.
4. Bipolaire "flashover" gepulseerde ontlading
   1. Gebruik het elektrische circuit dat wordt afgebeeld in afbeelding 4.
   2. Sluit de hoogspanningsuitgangen aan op de elektroden die boven het oppervlak van de waterwerveling zijn geplaatst.
      OPMERKING: Het circuit in afbeelding 4 maakt een flexibele elektrodeconfiguratie mogelijk. In dit onderzoek werden 16 elektroden gebruikt.
   3. Sluit de variac aan op het 230 V stopcontact en schakel de rode veiligheidsschakelaar uit om hoogspanning in te schakelen.
   4. Ontsteek de plasmaontlading door de spanning (0 V tot 250 V) geleidelijk te verhogen met behulp van de variac.
5. Monopolaire positieve en negatief gepulseerde streamerontladingen
   1. Gebruik het elektrische circuit afgebeeld in Figuur 5 of Figuur 6 voor respectievelijk positieve of negatieve ontlading.
   2. Sluit de betreffende hoogspanningsuitgang (positief of negatief) aan op de elektroden die boven het watervortexoppervlak zijn geplaatst.
   3. Sluit de tegenoverliggende klem aan op een vonkbrug en massa het andere uiteinde.
      OPMERKING: Als alternatief kan de vonkbrug worden geaard via een elektrode die is ondergedompeld in het geaarde water van de reactor.
   4. Spoel de vonkbrug met perslucht (0,5-1 atm) door de gasklep te openen en het debiet aan te passen om een stabiele interne atmosfeer te garanderen en een constante temperatuur te behouden.
      OPMERKING: Variaties in gassamenstelling, temperatuur, druk en elektrodeafstand binnen de vonkbrug beïnvloeden de plasmakarakteristieken.
   5. Sluit de variac aan op het 230 V stopcontact en schakel de rode veiligheidsschakelaar uit om hoogspanning in te schakelen.
   6. Ontsteek de plasmaontlading door de spanning (0 V tot 250 V) geleidelijk te verhogen met behulp van de variac.
6. Beëindiging van het experiment
   1. Stop de werking van de hoogspanning door de variac voltage te verlagen, de voeding uit te schakelen en de veiligheidsschakelaar in te schakelen.
   2. Stop indien van toepassing de doseerpomp voor de kationogene oppervlakteactieve stof.
   3. Sluit alle gaskleppen voor helium en perslucht als ze zijn gebruikt.
   4. Controleer de aarding van alle metalen onderdelen door ze aan te raken met een aardingsstok.
   5. Keer de stroomrichting van de pomp om om behandelde monsters terug naar het waterreservoir te brengen.
   6. Spoel de opstelling af door schoon water en/of een organisch oplosmiddel door het systeem te laten circuleren.
   7. Verzamel en verwijder afval op de juiste manier en zorg ervoor dat u voldoet aan de veiligheidsvoorschriften voor gevaarlijke stoffen.
   8. Voer een eindinspectie uit om te bevestigen dat alle componenten zijn uitgeschakeld, er geen lekken zijn en of de installatie veilig is voor later gebruik.

Results

De elektrische circuits die worden geïllustreerd in Figuur 3, Figuur 4, Figuur 5 en Figuur 6 werken als volgt: Een variac (V), aangesloten op het 230 V AC-net, regelt de ingangsspanning en levert deze aan een neontransformator (T), die de spanning opvoert tot hoogspanningswisselstroom. Deze hoogspanningswisselstroom wordt vervolgens omgezet in hoogspanningsgelijkstroom door een bruggelijkrichter die bestaat uit diodes (D_{1-D 4}). Het resulterende DC-signaal laadt de condensatoren op (C_x) en de stroom wordt via extra diodes (D_x) over meerdere takken verdeeld. Ontluchtingsweerstanden (R_x) zijn inbegrepen om een geleidelijke ontlading van de condensatoren te garanderen nadat het systeem is uitgeschakeld. In de monopolaire ontladingsconfiguratie wordt een vonkbrug (SG) gebruikt om de geaarde klemmen van condensatoren aan de inactieve polariteitszijde met elkaar te verbinden.

Figuur 7 illustreert een vergelijkende analyse van de stroom- en spanningspulsprofielen voor monopolaire positieve, monopolaire negatieve en bipolaire flashover-plasmaontladingen. De pulsduur van de flashover-ontlading was ongeveer twee ordes van grootte korter dan die van de monopolaire pulsen (respectievelijk 0,6 μs versus 60 μs). Bovendien was de piekstroom van de flashover-ontlading (3,4 A) significant hoger in vergelijking met de monopolaire positieve (60 mA) en negatieve (30 mA) pulsen. In het geval van monopolaire pulsen planten plasmafilamenten zich voort langs het wateroppervlak. Omgekeerd wordt voor de flashover-ontlading een plasmakanaal tot stand gebracht via de gas-waterinterface tussen de kathode en de anode. Wanneer plasmafilamenten met tegengestelde polariteiten samenkomen aan het wateroppervlak, creëren ze een geleidend plasmakanaal met lage impedantie, waardoor de mobiliteit van geladen deeltjes wordt verbeterd. Deze vermindering van de impedantie houdt verband met de kortere pulsduur die wordt waargenomen in het flashover-ontladingsregime.

Figuur 8 toont de LTspice^32-simulatie van het potentiaalverschil tijdens het opladen van de condensator en snelle ontlading, overeenkomend met de elektrische circuits die worden weergegeven in Figuur 4, Figuur 5 en Figuur 6. De simulatie illustreert het opladen van de condensator door middel van AC-naar-DC-conversie via een gelijkrichter van de hoogspanningsbrug. Omdat plasmaontlading niet direct kan worden gesimuleerd in LTspice, werd een spanningsgestuurde schakelaar geïmplementeerd om storing na te bootsen. Bij het activeren treedt een snelle spanningsval op. Hoewel de gedetailleerde vorm van de ontladingspuls niet kon worden gemodelleerd - vanwege de afhankelijkheid van factoren zoals druk, temperatuur, vochtigheid, elektrodekloof en watergeleidbaarheid - toont de simulatie duidelijk de functionaliteit van de voorgestelde circuits en hun vermogen om gepulseerde signalen te genereren met verschillende polariteitsconfiguraties.

Figuur 9 geeft de energie per puls en het stroomverbruik voor de drie soorten ontladingen weer. Het opgenomen vermogen voor de positieve monopolaire ontlading werd gemeten op 1,8 W, de negatieve monopolaire ontlading op 1,6 W en de flashover-ontlading op 1,2 W. Daarom komt bij een bepaald plasmavermogen de duur van de plasmabehandeling direct overeen met de totale energie-input. Een gedetailleerde beschrijving van de methodologie voor het meten van energie is te vinden in⁸.

Figuur 10 toont de veranderingen in de waterchemie na 75 minuten plasmabehandeling in een luchtatmosfeer met behulp van de drie lozingstypen. De belangrijkste geanalyseerde parameters zijn onder meer de pH, het oxidatie-reductiepotentieel (ORP), de elektrische geleidbaarheid (EC) en de concentraties van reactieve zuurstof (waterstofperoxide H₂O₂) en stikstofsoorten (nitriet NO₂^- en nitraat NO₃^-). Van de drie lozingen veroorzaakte de flashover-ontlading de meest uitgesproken chemische veranderingen en de hoogste RONS-productie. Ondanks dat het laagste stroomverbruik nodig was (1,2 W, Figuur 9), vertoonde de flashover-ontlading de hoogste behandelingsefficiëntie. Dit kan worden toegeschreven aan de korte pulsduur, die voorkomt dat streamers overgaan in hete bogen met aanzienlijke ohmse dissipatie, waardoor de kans op ionisatie en het genereren van reactieve soorten wordt vergroot.

Bovendien brengt de flashover-ontlading een plasmakanaal tot stand tussen twee tegengesteld geladen elektroden die op de plasma-waterinterface zijn geplaatst, met een lengte van ongeveer 5 cm. Deze configuratie vergroot het plasma-waterinteractiegebied aanzienlijk in vergelijking met monopolaire pulsen, waardoor de productie van reactieve soorten wordt verbeterd en een effectievere behandeling van de vloeibare fase mogelijk wordt.

Alle PFAS-monsters werden geanalyseerd met behulp van vloeistofchromatografie-massaspectrometrie. Voor de analyse werd een kolom (1,8 μm, 50 × 2,1 mm) gebruikt. Om de stabiliteit van het monster te garanderen, werden ze 1:1 verdund met methanol en werd 1 ml van het verdunde monster overgebracht in een plastic kationflesje. Defluorering werd beoordeeld door de concentratie van vrije fluoride-ionen in de watermonsters te meten met behulp van een combinatiefluoride-elektrode.

Figuur 11 bespreekt de afbraak van perfluoroctaansulfonzuur (PFOS) in de loop van de tijd bij beginconcentraties van 14 μg· L⁻¹ ± 5% en 240 μg· L⁻¹ ± 5%. De flashover-ontlading vertoonde de hoogste PFOS-degradatie-efficiëntie terwijl de laagste energie-input nodig was. Bijgevolg werden daaropvolgende experimenten uitsluitend uitgevoerd met de flashover-ontlading om de behandelingsprestaties te optimaliseren.

Figuur 12 toont de afbraak van een PFAS-matrix, bestaande uit moleculen met verschillende ketenlengtes, samen met gedetecteerde afbraakbijproducten. Terwijl PFAS met een lange keten na 75 minuten behandeling een afbraakefficiëntie van meer dan 92% vertoonden, vertoonden PFAS met een kortere keten significant lagere afbraaksnelheden. Bovendien kwamen PFAS-verbindingen met een korte keten (perfluorhexaanzuur (PFHxA), perfluoropentaanzuur (PFPeA) en perfluorbutaanzuur (PFBA)) naar voren als afbraakbijproducten van moleculen met een langere keten, zonder waarneembare afbraak van deze kortere soorten. Dit kan worden verklaard door de verschillende fysisch-chemische eigenschappen van PFAS. PFAS met een lange keten, met sterke oppervlakteactieve eigenschappen, hebben de neiging zich op te hopen op het grensvlak tussen gas en vloeistof of zich aan oppervlakken te hechten, waardoor de interactie met door plasma gegenereerde energetische deeltjes wordt vergemakkelijkt. PFAS met een korte keten vertonen daarentegen een grotere hydrofiliciteit en hebben de neiging om gedispergeerd te blijven in de bulkoplossing, waardoor hun directe blootstelling aan plasma³³ wordt beperkt. Zoals eerder gerapporteerd³¹, omvat de primaire afbraakroute voor PFAS in plasmasystemen interacties met door plasma gegenereerde reactieve deeltjes zoals elektronen, ionen, hydroxylradicalen en opgeloste elektronen. Vanwege hun korte levensduur zijn deze soorten voornamelijk beperkt tot het grensvlak tussen lucht en water. Bijgevolg ondergaan PFAS met een lange keten, die zich bij voorkeur aan het oppervlak ophopen, een efficiëntere afbraak, terwijl PFAS met een korte keten, die opgelost blijven in de bulkoplossing, minder worden aangetast. In dezelfde studie werd de afbraak van PFAS geëvalueerd, zowel met als zonder luchtspoeling. De concentratie van reactieve soorten was significant hoger in het niet-gezuiverde systeem, wat de afbraak van PFAS met een korte keten enigszins versterkte. Dit leidde echter ook tot een verhoogde energiedissipatie binnen de plasmazone, wat resulteerde in een verminderde afbraakefficiëntie voor PFAS met een lange keten.

De meeste ^{PFAS-moleculen} functioneren als anionogene oppervlakteactieve stoffen vanwege hun negatief geladen terminale functionele groepen (zoals bijv. RCOO-, RSO₃^-)³³. Om de afbraakefficiëntie van PFAS met een korte keten, die zwakkere oppervlakteactieve eigenschappen vertonen, te verbeteren, werd een kationische oppervlakteactieve stof, Hyamine 1622, toegevoegd met een stroomsnelheid van 4 μM·^min-1. Deze oppervlakteactieve stof interageert met de negatief geladen PFAS-kopgroepen en vormt ionenparen die het transport naar de plasma-waterinterface vergemakkelijken, waardoor de afbraakefficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd. Er wordt voorgesteld dat de primaire afbraakroute interacties tussen PFAS-hyaminecomplexen en plasma-gegenereerde elektronen en ionen omvat³¹.

Figuur 13 toont de afbraak van dezelfde PFAS-matrix als in figuur 12, maar met toevoeging van de oppervlakteactieve stof. Een vergelijking van figuur 12 en 13 toont duidelijk aan dat de dosering van oppervlakteactieve stoffen de afbraakefficiëntie van zowel PFAS-moleculen met een lange als met een korte keten aanzienlijk verbetert. Na 10 minuten behandeling bedroeg de afbraak van PFAS met lange ketens meer dan 90% en na 75 minuten meer dan 97%. Net als de resultaten die zijn waargenomen bij afwezigheid van oppervlakteactieve stof, hebben PFAS met een korte keten een langere afbraaktijd nodig, deels vanwege hun vorming als afbraakbijproducten van verbindingen met een langere keten. De introductie van Hyamine 1622 verbetert echter aanzienlijk de afbraak van PFAS met een korte keten. In het bijzonder verbeterden de resultaten van de PFBA-behandeling van 19% herstel tot 53% afbraak, terwijl de afbraak van PFBS toenam van 22% tot 95% na 75 minuten behandeling. PFAS-concentraties vóór de behandeling en na de behandeling, zowel met als zonder dosering van oppervlakteactieve stoffen, worden weergegeven in tabel 1.

Bovendien werden afbraakbijproducten, waaronder PFHxA en PFPeA, gedetecteerd. In tegenstelling tot de vorige experimenten daalden hun concentraties echter na 20 minuten voor PFHxA en 30 minuten voor PFPeA. Na 75 minuten behandeling naderden hun concentraties de detectielimiet, wat wijst op progressieve ketenverkorting van PFAS-afbraaktussenproducten. Bovendien verbeterde de defluoreringsefficiëntie van 48% naar 82% (figuur 14), wat de waargenomen degradatietrends verder ondersteunt en een hoge mate van PFAS-mineralisatie suggereert.

Bovendien werden met PFAS verontreinigde grondwatermonsters gedurende 75 minuten behandeld met en zonder toevoeging van oppervlakteactieve stoffen (Figuur 15). De initiële PFAS-concentraties worden weergegeven in tabel 2. Deze monsters zijn verzameld uit ondiepe watervoerende lagen in Nederland, maar vanwege geheimhoudingsovereenkomsten kunnen de exacte locaties niet worden bekendgemaakt. Vergeleken met de resultaten in figuur 12 en 13 was de algehele afbraakefficiëntie in beide gevallen lager, met en zonder dosering van oppervlakteactieve stoffen. Met name de afbraak van PFAS met een korte keten die carboxylfunctionele groepen, zoals PFPeA en PFBA, bevatten, bleef beperkt, zelfs bij dosering van oppervlakteactieve stoffen, en bereikte respectievelijk slechts 40% en 2% verwijdering. Deze verminderde efficiëntie is waarschijnlijk te wijten aan de hoge concentraties concurrerende ionen die in het grondwater aanwezig zijn (tabel 3), die de vorming van PFAS-hyaminecomplexen kunnen belemmeren en zo de afbraak ervan kunnen beperken. Deze bevindingen suggereren dat sterk verontreinigde monsters baat kunnen hebben bij voorbehandeling om de ionenconcentraties te verminderen of dat een langere behandelingsduur nodig kan zijn. Opmerkelijk is dat in alle gevallen een substantiële afname van zowel de totale organische als de anorganische koolstof werd waargenomen (tabel 3), wat aangeeft dat plasmabehandeling niet alleen in staat is om PFAS af te breken, maar ook een breed scala aan andere stoffen in oplossing, wat het potentieel ervan als veelzijdige waterbehandelingstechnologie benadrukt.

Figuur 1: Elektrodeconfiguraties voor verschillende soorten plasmaontlading. Rode cirkels geven elektroden aan met positieve polariteit, blauwe cirkels geven elektroden met negatieve polariteit aan, paarse cirkels vertegenwoordigen elektroden die zijn aangesloten op hoogspanningswisselstroom en zwarte cirkels komen overeen met geaarde elektroden vanwege hun verbinding met geaard water in de reactor. (A) monopolaire positieve ontlading, (B) monopolaire negatieve ontlading, (C) bipolaire vlamboogontlading, (D) AC-boogontlading, (E) DC-boogontlading en (F) gloeiontlading. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Foto van de Hyperbolic Vortex Plasma opstelling: 1. Peristaltische pompen; 2. sondes voor pH, oxidatiereductiepotentiaal (ORP) en elektrische geleidbaarheid (EC); 3. Zender; 4. BNC-connectoren voor spannings- en stroomsignaalmeting; 5. Hyperbolische trechter; 6. Roestvrij staalelektroden; 7. Hoogspanningssonde; 8. Huidige transformator; 9. Naar maat gemaakte elektrische kring; 10. Neon-transformator; 11. Trechterdeksel met geïnstalleerde elektroden, ventilatie en gasleidingaansluitingen; 12. Gasdetector; 13. Geaard water in- en uitlaten naar de kast; 14. Waterreservoir. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Elektrisch schakelschema van de hoogspanningsvoeding die voor experimenten wordt gebruikt. (A) DC-boogplasmaontlading, (B) AC-boogplasmaontlading. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Elektrisch schakelschema van de hoogspanningsvoeding die werd gebruikt voor de experimenten met bipolaire flashover en gloeiontladingen. (A) Elektrisch circuit, (B) foto van de bipolaire flashover plasmaontlading in werking. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Elektrisch schakelschema van de hoogspanningsvoeding die wordt gebruikt voor experimenten met monopolaire positieve ontlading. (A) Elektrisch circuit, (B) foto van de monopolaire positieve plasmaontlading in werking. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: Elektrisch schema van de hoogspanningsvoeding die wordt gebruikt voor experimenten met monopolaire negatieve ontlading. (A) Elektrisch circuit, (B) foto van de monopolaire negatieve plasmaontlading in werking. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: Pulskarakteristieken van stroom en spanning. (een, b) Voor positieve en negatieve monopolaire ontladingen, (C,D) voor bipolaire flashover-ontlading. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 8: Simulatie van het potentiaalverschil tijdens het laden van de condensator en de snelle ontlading in LTspice. (A) Voor flashover-ontlading en (B) voor positieve en negatieve monopolaire ontladingen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 9: Energiekarakteristieken voor drie verschillende soorten bi- en monopolaire ontladingen: bipolaire flashover, positieve monopolaire en negatieve monopolaire. (A) Energie per puls, (B) plasmavermogen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 10: Verandering in de chemische eigenschappen van het water, pH, EC, ORP, productie van reactieve zuurstof (H₂O₂) en stikstofsoorten (NO₂⁻ en NO₃⁻), na 75 minuten behandeling voor drie verschillende soorten bi- en monopolaire ontladingen: bipolaire flashover, positieve monopolaire en negatieve monopolaire. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 11: Afbraak van PFOS in de loop van de tijd bij verschillende concentraties. De resultaten vergelijken drie ontladingsmodi: bipolaire flashover, positieve monopolaire en negatieve monopolaire ontladingen. (A) 14 μg· L⁻¹ ± 5%, (B) 240 μg· L⁻¹ ± 5%. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 12: Conversie van de PFAS-matrix in de tijd in kunstmatig effluent. Negatieve waarden duiden op PFAS-terugwinning. (A) conversie van PFAS-matrix, (B) geïdentificeerde afbraakbijproducten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 13: Conversie van de PFAS-matrix in de tijd in kunstmatig effluent bij constante dosering van Hyamine 1622. (A) PFAS-matrixconversie, (B) geïdentificeerde afbraakbijproducten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 14: Defluorering van PFAS-matrix in kunstmatig effluent gedurende de tijd onder plasmalozing door de lucht met en zonder constante dosering van Hyamine 1622 oppervlakteactieve stoffen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 15: PFAS-conversie in verontreinigd grondwater na 75 minuten behandeling met een energie-input van 1,2 ^kWhm-3 met en zonder dosering Hyamine 1622. Een negatieve waarde geeft PFAS-herstel aan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Naam	Formule	Initiële concentratie (μg· L-1)	Eindconcentratie zonder dosering van oppervlakteactieve stoffen (μg· L-1)	Eindconcentratie met dosering van oppervlakteactieve stoffen (μg· L-1)
PFDA	C10HF19O2	6.2	0.12	0.12
PFNA	C9HF17O2	11.8	0.41	0.47
PFOS	C8HF17O3S	8.7	0.65	0.22
PFOA	C8HF15O2	16.3	1.20	0.52
PFHpA	C7HF13O2	13.9	3.94	0.17
PFBS	C4HF9O3S	19.1	16.37	0.90
PFBA	C4HF7O2	10.3	12.69	4.81

Tabel 1: Concentraties van PFAS-verbindingen die voor en na de behandeling in kunstmatig afvalwater zijn geprikt, met en zonder dosering van Hyamine 1622.

Naam	Formule	Initiële concentratie / μg· L-1	Eindconcentratie zonder dosering van oppervlakteactieve stoffen (μg· L-1)	Eindconcentratie met dosering van oppervlakteactieve stoffen (μg· L-1)
PFOS	C8HF17O3S	5.0	4.3	<0,03
PFOA	C8HF15O2	2.4	0.8	<0,02 Zoekertjes
PFHpA	C7HF13O2	0.9	0.4	<0,05
PFHxS	C6HF13O3S	0.6	0.2	<0,05
PFHxA	C6HF11O2	5.5	3.6	0.3
PFPeA	C5HF9O2	2.3	2.2	1.4
PFBS	C4HF9O3S	23.8	17.9	1
PFBA	C4HF7O2	2.7	3	2.6

Tabel 2: Concentraties van PFAS-verbindingen in het grondwater voor en na de behandeling, met en zonder dosering van Hyamine 1622.

Stof	Zonder oppervlakteactieve stof		Met oppervlakteactieve stof
	0 minuten	75 minuten	0 minuten	75 minuten
Anorganische koolstof	562	475	641	480
Totaal organische koolstof	252	226	257	221
Sulfaat	396	426	420	442
Chloride	2000	2160	2000	2160
Natrium	1692	1756	1660	1788
Kalium	552	578	532	588
Magnesium	133	122	128	117

Tabel 3: Veranderingen in het watergehalte van sommige stoffen in mg· ^L-1 in grondwater voor en na behandeling met en zonder dosering van oppervlakteactieve stoffen.

Discussion

Alvorens met experimenten te beginnen, moeten alle elektrische aansluitingen grondig worden geïnspecteerd. Voorafgaand aan interactie met hoogspanningscomponenten, moet een aardingsstick worden gebruikt om eventuele restlading in het circuit te ontladen. Deze uitgebreide veiligheidsmaatregelen moeten worden geïmplementeerd om het risico van onbedoelde elektrische schokken te beperken, zelfs in gevallen van procedureel toezicht (deurschakelaars, ontluchtingsweerstand aangesloten op de condensatoren, enz.), omdat hoogspanningscondensatoren kunnen worden opgeladen als gevolg van geheugeneffect, atmosferische statische elektriciteit of kosmische straling. Hun orde van grootte opgeslagen energie voor deze experimenten is meestal ^{10-1-10 1} J, wat gevaarlijk tot zelfs dodelijk is. Daarom zijn de stappen 1.1 en 2.1.1 van cruciaal belang om een veilige werking van het systeem te garanderen. Voordat het systeem van stroom wordt voorzien, moet de opstelling worden gecontroleerd op lekken in de gas- en vloeistoffase van de reactor. Door plasma gegenereerde gassen bevatten reactieve stoffen die gevaar bij inademing kunnen opleveren, waardoor stap 1.4 en 2.1.2 bijzonder belangrijk zijn. Alle in- en uitgangen van de operationele kamer moeten geaard zijn. De reactorbehuizing moet van metaal zijn gemaakt en goed geaard zijn om een veilige werking te garanderen. Bovendien is het van essentieel belang om de afwezigheid van waterlekken te verifiëren, aangezien PFAS-verbindingen zijn geclassificeerd als CMR-stoffen en de laboratoriumomgeving niet mogen verontreinigen. Daarom moet bijzondere aandacht worden besteed aan stap 1.3 voordat het experiment wordt gestart.

In deze studie werd de hoogste prestatie behaald met flashover-ontladingen. Deze ontladingsmodus resulteerde in een grotere RONS-productie (Figuur 10) en een hogere PFOS-degradatie (Figuur 11), terwijl er minder stroom nodig was dan de andere geteste lozingstypen (Figuur 9). Hoewel flashover-ontladingen superieure prestaties vertoonden, brengt de implementatie ervan uitdagingen met zich mee vanwege de vereiste van twee tegengesteld geladen kanalen die op dezelfde condensator zijn aangesloten. Om deze aanpak op te schalen, is een krachtigere voeding nodig. In onze huidige opstelling zet een transformator netspanning AC (tot 220 V) om in hoogspanning AC (tot 10 kV), die vervolgens met behulp van diodes wordt gelijkgericht in DC. Hoewel het resulterende DC-signaal een ideale DC-golfvorm dicht benadert, blijven er kleine fluctuaties³⁴. Ons circuitontwerp biedt operationele flexibiliteit in meerdere regimes. Voor grootschalige toepassingen zijn echter hoogspanningsgelijkstroomvoedingen vereist, die doorgaans werken met een enkele polariteit en een enkele hoogspanningsuitgang, waardoor de mogelijkheid om met meerdere polariteiten tegelijk te werken wordt beperkt.

AC- en DC-booglozingen werden niet getest op afbraak van microverontreinigingen vanwege hun aanzienlijk hogere energieverbruik, waardoor hun industriële toepassing economisch onhaalbaar zou zijn, met name in het geval van DC-plasma. In een eerdere studie⁸ werd aangetoond dat het vergroten van het plasma-vloeistofgrensvlakgebied de RONS-generatie voor dezelfde energie-input verbetert, waardoor de efficiëntie van de afbraak van microverontreinigingen wordt verbeterd. In onze elektrische circuits (Figuur 3A, Figuur 4, Figuur 5 en Figuur 6) zetten diodes wisselstroom om in DC voor het opladen van de condensatoren, hun opgeslagen energie wordt vervolgens verdeeld over de elektrodegeometrieën om meerdere gepulseerde vermogensplasmaontladingen te genereren.

Bij atmosferische druk en standaardomstandigheden kan een stabiele gloeiontlading alleen worden volgehouden met edelgassen met hoge ionisatie-energieën, zoals helium (eerste ionisatie-energie 24,6 eV) of neon (eerste ionisatie-energie 21,6 eV)³⁵. Argon, met een eerste ionisatie-energie van 15,8 eV³⁵, ondersteunt onder deze omstandigheden geen stabiele gloeiontlading. Gloeiontlading kan echter nog steeds in lucht worden gegenereerd door de toepassing van een extern magnetisch veld voor plasmastabilisatie³⁶. De hoge kosten van het gebruik van edelgassen maakten gloeiontlading in deze studie ongeschikt voor afbraak van microverontreinigingen.

Zoals besproken in de inleiding, hebben conventionele behandelingsmethoden zoals adsorptie, membraanfiltratie en geavanceerde oxidatieprocessen te maken met aanzienlijke beperkingen bij het effectief aanpakken van PFAS-verontreiniging. Plasmalozing is een veelbelovend alternatief voor PFAS-afbraak, met een gerapporteerd energieverbruik variërend van enkele kWh·^m-3 tot meer dan 1000 kWh·^m-3, afhankelijk van factoren zoals de concentratie van microverontreinigingen, de samenstelling van het monster en plasmaparameters 29,37,38,39,40,41. PFAS met een korte keten blijven echter bijzonder resistent tegen afbraak, en bijproducten met een kortere keten, zoals PFBA, zijn geïdentificeerd als tussenproducten bij de afbraak van PFAS met een langere keten.

De nieuwigheid van ons werk ligt in het combineren van een Hyperbolic Vortex Plasma Reactor met kationische oppervlakteactieve stof Hyamine 1622-dosering, waardoor de afbraaksnelheden aanzienlijk worden verbeterd, ook voor PFAS met een korte keten (Figuur 13). Dit reactorontwerp vergroot het grensvlakgebied tussen plasma en vloeistof en vergemakkelijkt een verbeterde menging door de watervortex. In 75 minuten behandeling bij een matige energie-input van 1,2 kWh·^m-3 bereikt ons systeem 95-100% afbraak van de meeste PFAS (behalve PFBA, dat nog steeds 53% verwijdering vertoont). Deze resultaten presteren beter dan veel studies met alleen plasma en tonen aan dat onze aanpak diepe PFAS-mineralisatie kan bereiken met een relatief lage energie-input. Dit onderzoek werd echter op laboratoriumschaal uitgevoerd. Om de praktische toepassing ervan te verbeteren, is opschaling vereist, inclusief aanpassingen aan de geometrie van de reactor - met name het uitbreiden van het bovenste cilindrische gedeelte - om het volume van het behandelde water te vergroten en extra elektroden te plaatsen. Deze aanpassingen zouden de interactie tussen plasma en water verbeteren en de efficiëntie van de behandeling verbeteren. Hoewel het elektrische ontwerp van de reactor een eenvoudige schaalvergroting mogelijk maakt, vereist het toenemende operationele vermogen robuustere voedingen en verbeterde veiligheidsmaatregelen om stabiele en efficiënte prestaties op grotere schaal te garanderen. Het opschalen van het systeem vereist een toename van de voeding en de condensatorbank, wat aanzienlijke veiligheidsproblemen met zich meebrengt. Alle elektrische componenten moeten zorgvuldig worden gerangschikt en in de nabijheid van de reactor worden geplaatst, terwijl ze tijdens bedrijf ontoegankelijk blijven. Om een veilige ontlading te garanderen, moet elke condensator na gebruik afzonderlijk worden geaard, waarvoor speciale aardingsschakelaars nodig zijn, aangezien ze niet met elkaar kunnen worden verbonden en van elkaar moeten worden geïsoleerd met diodes voor gelijkstroomscheiding. Bovendien zullen hogere vermogensniveaus sterkere elektromagnetische velden genereren die de nabijgelegen instrumentatie kunnen verstoren. Daarom moeten zowel de reactor als de omringende apparatuur goed worden afgeschermd, bij voorkeur in een kooi van Faraday. Nauwkeurige regeling van de waterwerveling is essentieel, aangezien de plasmaafvoerprestaties zeer gevoelig zijn voor stromingsomstandigheden en trechtergeometrie. Dit vereist een goed geprogrammeerd hydraulisch besturingssysteem. Verder moet de reactor voldoende geïsoleerd zijn, aangesloten op een ventilatiesysteem en voorzien zijn van een gasinlaat voor het spoelen. Als hoge concentraties vluchtige gefluoreerde bijproducten, zoals waterstoffluoride, worden verwacht, moeten aanvullende gasbehandelingsstappen worden uitgevoerd. Dit kunnen droge of natte wassystemen zijn^42,43, of de toepassing van op calcium gebaseerde sorptiemiddelen⁴⁴.

Het energieverbruik van de reactor op proefschaal kan mogelijk worden verminderd door de toevoeging van oppervlakteactieve stoffen, die PFAS concentreren op het grensvlak tussen lucht en water. Door de oppervlakte-volumeverhouding te verlagen, worden PFAS-verbindingen meer gelokaliseerd op het grensvlak, waardoor het plasma kan interageren met een hogere concentratie doelverbindingen per oppervlakte-eenheid, waardoor de afbraakefficiëntie per lozing toeneemt. Het verhogen van het totale watervolume kan echter de vereiste behandelingsduur verlengen, waardoor de energiebesparingen mogelijk teniet worden gedaan. Het gebruik van een DC-voeding met hoge spanning en hoog vermogen voor het opladen van condensatoren maakt een nauwkeurige regeling van de energie-invoer mogelijk, waardoor systematische evaluatie van verschillende energieregimes voor optimalisatie mogelijk is.

Toekomstig onderzoek zal zich richten op het opschalen van de technologie op basis van de beschreven operationele principes om een behandelingscapaciteit van 1 m 3.h-1 te bereiken voor toepassingen op pilootschaal. Daarnaast is een gedetailleerd onderzoek van afbraakproducten essentieel, met bijzondere aandacht voor de vorming en afbraak van PFAS met de kortste keten, trifluorazijnzuur en andere potentiële transformatieproducten. Verdere studies zullen ook gericht zijn op het identificeren van een effectieve, biologisch afbreekbare en kostenefficiënte kationische oppervlakteactieve stof die in staat is om de afbraak van PFAS te verbeteren door verbeterde vorming van oppervlakteactieve stof-PFAS-complexen.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bleeder resistors	Tedss	RCR42G206JS	20 MOhm
BNC connectors	AliExpress	N/A	BNC ADAPTER
Capacitor	AnXon	AXCT8GD202K40DB	40 kV 2000 pF
Cationic surfactant	Sigma-Aldrich	51126-1L-F	Hyamine 1622 solution
Column	Agilent	Zorbax Eclipse Plus C18 RRHD	1.8 μm, 50 × 2.1 mm
Current transformer	Magnelab	CT-F0.25-S
Data Logger	Endress+Hauser	CM442	Liquiline
Door switches	QWORK	ME-8104	10A 250VAC
Dosing pump	KNF	1.10 TT.18RC2	FEM
Dräger sensor	Dräger	X-am 5000	O2, O3, NO2
EC sensor	Endress and Hauser	CLS15E	Memosens
Electrodes	AliExpress	N/A	Ceramic Ignition Rod
Fluoride electrode	Mettler Toledo	perfectION
Funnel lid	Custom made	N/A	PVC matetial
Grounding stick	Custom made	N/A
Helium gas	Westfalen	UN 1046	99.999 Vol. % He
High voltage diode	Ebay	FHVP5446	1p 5A 40kV
Highvoltage probe	North Star High Voltage	PVM-5
Hyperbolic funnel	Custom made	N/A	Glass material
LC/MS	Agilent Technologies	6420 Triple Quad LC/MS	Santa Clara, CA, USA
Noen-transformer	F/ART	SBD63HT2X	10000V 18mA
ORP sensor	Endress and Hauser	CPS12D	Memosint
Peristaltic pump	Masterflex L/S	13-200-007	MFLX7771236
PFBA	Sigma-Aldrich	375-22-4	PFAS for experiments
PFBS	Sigma-Aldrich	375-73-5	PFAS for experiments
PFDA	Sigma-Aldrich	335-76-2	PFAS for experiments
PFHpA	Sigma-Aldrich	375-85-9	PFAS for experiments
PFNA	Sigma-Aldrich	375-95-1	PFAS for experiments
PFOA	Sigma-Aldrich	335-67-1	PFAS for experiments
PFOS	Sigma-Aldrich	1763-23-1	PFAS for experiments
pH sensor	Endress and Hauser	CPS11D	Memosens Orbisint
Safety interlock control panel	Custom made	N/A
Spark Gap	Custom made	N/A
Variac	Weltechniek	TDGC2-1K	4a
Water reservoir	Custom made	N/A	Glass material