过硫酸盐高级氧化技术的研究进展

孙 芳

过硫酸盐高级氧化技术的研究进展

孙 芳

（沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 110000）

过硫酸盐高级氧化技术由于其更高效、更经济、更安全的特点获得了越来越多的关注，它依靠某些手段（光活化、热活化、超声活化、过渡金属活化、非金属活化及碱活化）获得具有强氧化性的硫酸根自由基，且存在时间较长，从而可与水中有机污染物更好地接触，达到较好的降解效果。为使降解效果更好，近年来涌现了越来越多的活化过硫酸盐的新型工艺。从过硫酸盐高级氧化法的氧化原理出发，讨论总结了各种活化工艺的发展与成果，旨在为推进过硫酸盐高级氧化技术的研究发展提供新思路。

高级氧化；过硫酸盐；新技术；活化手段

水资源是当今社会发展必不可少的一项因素，近年来，由于社会发展的硬性要求，我国水资源过度开采、供需失衡、利用率低、受污染水体多等问题日益趋显，在一定程度上限制了国家经济发 展[1]。随着水生态受损逐渐严重，国家也陆续出台了《水污染防治行动计划》等多项举措对水生态进行了及时修复，虽然水环境问题在整体上得到了较大改善，但仍未在根本上得到解决，尤其是某些人工合成有机物（药品、护理用品等）的应用不断对传统污水处理技术发起挑战。人工合成有机物质通过废水排放、降雨、泄漏或事故等途径进入天然水体，目前国内外原水中已检出2 000多种人工合成有机物，其中有100多种物质存在毒害人体与环境的隐患。此类污染物在日常生活中被广泛实用，找出快速洁净的去除办法是目前的研究热点。

1 过硫酸盐高级氧化原理

高级氧化技术中发挥作用的为羟基自由基（·OH）、超氧自由基（O2·−）、硫酸根自由基（SO4-·）等。这些活性自由基在去除水中有机污染物时能将有机物彻底矿化为CO2、H2O 和无机离子[2]。相较于其他自由基，硫酸根自由基具有更高的氧化还原电位（0=2.5～3.1 V），更长的半衰期（30～40 us），较宽的 pH 耐受范围，同时它的氧化能力具有非选择性，具备十分可观的研究前景[3]。目前基础的活化过硫酸盐技术有光活化、热活化、超声活化、过渡金属及其非金属活化体系等，随着研究的不断深入，一些通过新的复合工艺和新型催化剂等强化过硫酸盐的技术逐渐出现。

2 活化过硫酸盐体系

2.1 光活化过硫酸盐

光活化过硫酸盐主要利用波长在400 nm的紫外光及波长在400～760 nm的可见光的照射，使过硫酸根离子中的双氧键断裂分解生成具有高氧化性的硫酸根自由基[4]，对水中有机物进行降解。张国珍[5]等利用紫外活化过硫酸钾去除水中阿莫西林，通过单因素分析对比了UV/PS联用工艺与单独紫外光照射和单独PS工艺的去除效果。结果表明，UV/PPS的联合工艺对水中阿莫西林的降解率更高，比二者单独工作时高出72%。然而，UV/PS工艺在实际废水处理中的性能往往受到限制[6]，因为废水特性（包括浊度、色度和悬浮固体）可能会降低UV透射率，从而减少SO4-·的形成。此外，UV/PS工艺的去除效率主要取决于PS用量。这既增加了处理成本，也增加了SO42-的产生。表1为近年来针对光活化技术的不足进行的各类创新试验。

表1 光活化过硫酸盐技术研究成果

由表1可以看出，通过几种工艺的结合不仅可以大大提高去除效率，还可以克服部分UV/PS工艺的缺点。

2.2 金属与非金属活化过硫酸盐

金属中的过渡金属（Cu、Fe、Mn、Ni、Zn等）可以通过电子转移活化过硫酸盐，产生SO4•−。TIAN[13]等将铁、铜双金属共掺杂在石墨相碳化氮上制成FeCu-g-C3N4催化剂，通过活化过氧单硫酸盐（PMS）降解氧氟沙星（OFX），结果表明双金属铁和铜共掺杂氮化碳催化剂在PMS的激活中起关键作用，在适宜pH（pH=9）下，降解率可达91%。ZHAO[14]等重新考虑了铜（II）在PMS分解中的作用，通过添加微量铜，发现在40 min内磺胺类抗生素SAs的去除效率得到了显著提升，证明了微量 铜（II）可以显著促进PMS对4种磺胺类抗生素的降解，增加铜（II）和PMS浓度可有效促进氧化反应。相较于过渡金属催化剂，通过非金属活化过硫酸盐具备更为清洁、环保的特点。一些碳基材料能够有效激活PS以降解水中的有机污染物[15]。CHEN[16]通过研究发现，在初始pH值为3～9的低浓度PS下，碳纳米管可以有效激活PS降解RhB （150 min内100%去除）。随着碳纳米管用量和聚苯乙烯浓度的增加，RhB的去除率增加。与传统的过渡金属活化剂相比，碳纳米管可以完全避免金属浸出和pH依赖性缺陷造成的二次污染，为高效处理RhB废水提供了一种更为绿色环保的新策略。 表2为近几年针对金属、非金属催化剂进行的改性试验，显示出巨大的研究潜力。

表2 金属/非金属催化剂活化过硫酸盐研究进展

2.3 其他优化方法

随着活化过硫酸盐技术的不断创新与发展，出现了越来越多的活化方法，包括热活化[22]、碱活 化[23]、电活化[24]、纳米复合材料活化[25]、复合体系活化[4]等。林匡飞[26]等为解决均匀加热与实际原位热修复情况不相符的问题，利用自制低温热传导加热温度场模拟装置活化过硫酸盐，找到了加热过程中温度变化与过硫酸盐降解效率的对应关系，在 0.5 h内将去除率从3.8%提高到了94.4%，确定了最佳热活化温度范围为60～70 ℃。无独有偶，在处理地下水有机物污染中，SHOJAEI[27]提出从源区去除PFASs的设想，在间歇式反应器中热活化过硫酸盐处理受影响的土壤，并进行7天的淋溶试验。结果表明，应用热活化过硫酸盐可以将前体转化为末端PFCA，这些PFCA易于解吸，从而增加受影响土壤中污染物的去除率。当然，当在地下深处发现污染物时，热激活是不可行的。

3 结 论

目前，围绕活化过硫酸盐去除有机物污染的研究多数侧重于对目标污染物的分解，而中间产物和副产物对环境的影响往往被忽视，针对中间产物及副产物的毒理测试应被纳为试验重点。此外，大多数试验的开发和应用的研究都是在小型实验室中进行的，其应用于实际污水处理中的去除效果还有待确认，在大规模应用中存在着关键的知识缺口，需要确认其在实际应用中能否保持水和废水处理的高效率。因此需要对活化过硫酸盐各种方法的实际应用进行放大研究，推动开发出基于过硫酸盐高级氧化技术的更为环保、经济、适宜大规模运行的污水处理技术。

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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

孙芳（1997-），女，辽宁省丹东市人，硕士研究生， 2020毕业于沈阳建筑大学给排水科学与工程专业，研究方向：污水处理。

X703

A

1004-0935（2023）01-0141-03