過硫酸鹽高級氧化技術的研究進展

孫 芳

過硫酸鹽高級氧化技術的研究進展

孫 芳

（沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110000）

過硫酸鹽高級氧化技術由于其更高效、更經濟、更安全的特點獲得了越來越多的關注，它依靠某些手段（光活化、熱活化、超聲活化、過渡金屬活化、非金屬活化及堿活化）獲得具有強氧化性的硫酸根自由基，且存在時間較長，從而可與水中有機污染物更好地接觸，達到較好的降解效果。為使降解效果更好，近年來涌現了越來越多的活化過硫酸鹽的新型工藝。從過硫酸鹽高級氧化法的氧化原理出發，討論總結了各種活化工藝的發展與成果，旨在為推進過硫酸鹽高級氧化技術的研究發展提供新思路。

高級氧化；過硫酸鹽；新技術；活化手段

水資源是當今社會發展必不可少的一項因素，近年來，由于社會發展的硬性要求，我國水資源過度開采、供需失衡、利用率低、受污染水體多等問題日益趨顯，在一定程度上限制了國家經濟發 展[1]。隨著水生態受損逐漸嚴重，國家也陸續出臺了《水污染防治行動計劃》等多項舉措對水生態進行了及時修復，雖然水環境問題在整體上得到了較大改善，但仍未在根本上得到解決，尤其是某些人工合成有機物（藥品、護理用品等）的應用不斷對傳統污水處理技術發起挑戰。人工合成有機物質通過廢水排放、降雨、泄漏或事故等途徑進入天然水體，目前國內外原水中已檢出2 000多種人工合成有機物，其中有100多種物質存在毒害人體與環境的隱患。此類污染物在日常生活中被廣泛實用，找出快速潔凈的去除辦法是目前的研究熱點。

1 過硫酸鹽高級氧化原理

高級氧化技術中發揮作用的為羥基自由基（·OH）、超氧自由基（O2·?）、硫酸根自由基（SO4-·）等。這些活性自由基在去除水中有機污染物時能將有機物徹底礦化為CO2、H2O 和無機離子[2]。相較于其他自由基，硫酸根自由基具有更高的氧化還原電位（0=2.5～3.1 V），更長的半衰期（30～40 us），較寬的 pH 耐受范圍，同時它的氧化能力具有非選擇性，具備十分可觀的研究前景[3]。目前基礎的活化過硫酸鹽技術有光活化、熱活化、超聲活化、過渡金屬及其非金屬活化體系等，隨著研究的不斷深入，一些通過新的復合工藝和新型催化劑等強化過硫酸鹽的技術逐漸出現。

2 活化過硫酸鹽體系

2.1 光活化過硫酸鹽

光活化過硫酸鹽主要利用波長在400 nm的紫外光及波長在400～760 nm的可見光的照射，使過硫酸根離子中的雙氧鍵斷裂分解生成具有高氧化性的硫酸根自由基[4]，對水中有機物進行降解。張國珍[5]等利用紫外活化過硫酸鉀去除水中阿莫西林，通過單因素分析對比了UV/PS聯用工藝與單獨紫外光照射和單獨PS工藝的去除效果。結果表明，UV/PPS的聯合工藝對水中阿莫西林的降解率更高，比二者單獨工作時高出72%。然而，UV/PS工藝在實際廢水處理中的性能往往受到限制[6]，因為廢水特性（包括濁度、色度和懸浮固體）可能會降低UV透射率，從而減少SO4-·的形成。此外，UV/PS工藝的去除效率主要取決于PS用量。這既增加了處理成本，也增加了SO42-的產生。表1為近年來針對光活化技術的不足進行的各類創新試驗。

表1 光活化過硫酸鹽技術研究成果

由表1可以看出，通過幾種工藝的結合不僅可以大大提高去除效率，還可以克服部分UV/PS工藝的缺點。

2.2 金屬與非金屬活化過硫酸鹽

金屬中的過渡金屬（Cu、Fe、Mn、Ni、Zn等）可以通過電子轉移活化過硫酸鹽，產生SO4??。TIAN[13]等將鐵、銅雙金屬共摻雜在石墨相碳化氮上制成FeCu-g-C3N4催化劑，通過活化過氧單硫酸鹽（PMS）降解氧氟沙星（OFX），結果表明雙金屬鐵和銅共摻雜氮化碳催化劑在PMS的激活中起關鍵作用，在適宜pH（pH=9）下，降解率可達91%。ZHAO[14]等重新考慮了銅（II）在PMS分解中的作用，通過添加微量銅，發現在40 min內磺胺類抗生素SAs的去除效率得到了顯著提升，證明了微量 銅（II）可以顯著促進PMS對4種磺胺類抗生素的降解，增加銅（II）和PMS濃度可有效促進氧化反應。相較于過渡金屬催化劑，通過非金屬活化過硫酸鹽具備更為清潔、環保的特點。一些碳基材料能夠有效激活PS以降解水中的有機污染物[15]。CHEN[16]通過研究發現，在初始pH值為3～9的低濃度PS下，碳納米管可以有效激活PS降解RhB （150 min內100%去除）。隨著碳納米管用量和聚苯乙烯濃度的增加，RhB的去除率增加。與傳統的過渡金屬活化劑相比，碳納米管可以完全避免金屬浸出和pH依賴性缺陷造成的二次污染，為高效處理RhB廢水提供了一種更為綠色環保的新策略。 表2為近幾年針對金屬、非金屬催化劑進行的改性試驗，顯示出巨大的研究潛力。

表2 金屬/非金屬催化劑活化過硫酸鹽研究進展

2.3 其他優化方法

隨著活化過硫酸鹽技術的不斷創新與發展，出現了越來越多的活化方法，包括熱活化[22]、堿活 化[23]、電活化[24]、納米復合材料活化[25]、復合體系活化[4]等。林匡飛[26]等為解決均勻加熱與實際原位熱修復情況不相符的問題，利用自制低溫熱傳導加熱溫度場模擬裝置活化過硫酸鹽，找到了加熱過程中溫度變化與過硫酸鹽降解效率的對應關系，在 0.5 h內將去除率從3.8%提高到了94.4%，確定了最佳熱活化溫度范圍為60～70 ℃。無獨有偶，在處理地下水有機物污染中，SHOJAEI[27]提出從源區去除PFASs的設想，在間歇式反應器中熱活化過硫酸鹽處理受影響的土壤，并進行7天的淋溶試驗。結果表明，應用熱活化過硫酸鹽可以將前體轉化為末端PFCA，這些PFCA易于解吸，從而增加受影響土壤中污染物的去除率。當然，當在地下深處發現污染物時，熱激活是不可行的。

3 結 論

目前，圍繞活化過硫酸鹽去除有機物污染的研究多數側重于對目標污染物的分解，而中間產物和副產物對環境的影響往往被忽視，針對中間產物及副產物的毒理測試應被納為試驗重點。此外，大多數試驗的開發和應用的研究都是在小型實驗室中進行的，其應用于實際污水處理中的去除效果還有待確認，在大規模應用中存在著關鍵的知識缺口，需要確認其在實際應用中能否保持水和廢水處理的高效率。因此需要對活化過硫酸鹽各種方法的實際應用進行放大研究，推動開發出基于過硫酸鹽高級氧化技術的更為環保、經濟、適宜大規模運行的污水處理技術。

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Research Progress of Advanced Oxidation Technology of Persulfate

（Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning 110000, China）

Persulfate advanced oxidation technology has attracted more and more attention because of its more efficient, economical and safe characteristics. It relies on some means (light activation, thermal activation, ultrasonic activation, transition metal activation, non-metallic activation and alkali activation) to obtain sulfate radical with strong oxidation, which exists for a long time, so it can better contact with organic pollutants in water, good degradation effect can be achieved. In order to make the degradation effect better, more and more new processes of activating persulfate have emerged in recent years. Based on the oxidation principle of persulfate advanced oxidation method, the development and achievements of various activation processes were discussed and summarized, in order to provide new ideas for promoting the research and development of persulfate advanced oxidation technology.

Advanced oxidation; Persulfate; New technology; Activation means

2022-03-14

孫芳（1997-），女，遼寧省丹東市人，碩士研究生， 2020畢業于沈陽建筑大學給排水科學與工程專業，研究方向：污水處理。

X703

A

1004-0935（2023）01-0141-03