过硫酸盐高级氧化技术活化方式及机理的研究进展

◇安徽理工大学地球与环境学院 齐文锦 乐思奇 徐 娟 李玉晓 查甫更

基于硫酸根自由基的高级氧化技术因快速高效、活化方式多样、稳定性强等特点在有机废水处理领域呈现极好的发展态势。本文对基于过硫酸盐高级氧化技术的不同活化方式及其作用机理和存在问题进行了简要概述，并对未来研究方向进行了展望。

1 概述

为解决废水中有机物含量逐渐增加的问题，高级氧化技术得到广泛应用。高级氧化技术通过产生的强氧化性自由基破坏有机物结构，将其分解为小分子物质或直接矿化以达到有机物降解的目的[1]。常见的高级氧化技术有Fenton法、光催化氧化法、臭氧氧化法和过硫酸盐氧化法等[2]，其中，过硫酸盐氧化技术因具有稳定性强、pH适应范围广、无二次污染、快速高效等优点而得到广泛研究[3]。

基于过硫酸盐的高级氧化过程可以产生硫酸根自由基（SO4-·），与OH·相比SO4-·具有较高的氧化还原电位（2.5-3.1s）和半衰期（40μs），因此SO4-·有更强的氧化能力，可以有效降解废水中大多数有机物[4]。除此之外，SO4-·在碱性和中性环境中有更强的活性，相较于OH·对pH的适应范围更广[5]。SO4-·对有机物的降解主要通过氢原子提取、加成及电子转移等方式进行，有机物的种类不同，SO4-·与有机物的反应方式也不相同，如与醇、醚、酯、烷烃等主要通过氢原子提取与这类饱和有机化合物反应，而与烯烃类化合物则主要通过加成反应[6]。

2 过硫酸盐高级氧化技术

过硫酸盐结构中的O-O键在常温下较稳定、反应速率较低，因此在单独使用过硫酸盐氧化降解有机物时处理效果较差，对过硫酸盐体系进行活化后O-O键断裂产生具有更高电位的SO4-·，SO4-·的氧化能力更强，可以提高对有机物的降解效率[7]。目前，过硫酸盐活化方式主要分为单一活化和复合活化两大类，单一活化方式主要有热、紫外光、电、超声、碱、过渡金属和炭质材料等[8]，不同活化方式对过硫酸盐体系的作用机理不同，产生的自由基类别也不相同，表1总结了各活化方式的主要机理及特点。

表1 不同活化方式的作用机理及特点

在已有的活化方式中，热、超声、电等活化方式能耗较高，过渡金属活化会引入金属离子可能造成二次污染，增加后续处理成本，为弥补单一方式活化PS存在的缺陷，国内外学者尝试将单一活化方式联合使用协同处理有机污染物。一般而言，复合活化方式对污染物的去除效果优于单一活化方式[10]，但复合活化方式仍存在一定局限性，如影响因素较多导致最优条件难控制、可能会产生复杂的中间产物等。

3 总结与展望

过硫酸盐高级氧化技术活化机理为破坏结构中的O-O键产生SO4·-，通过氢原子提取、加成及电子转移等反应达到降解有机物的目的。SO4·-氧化性强、降解效率高，在有机废水处理领域得到广泛应用。目前针对过硫酸盐的活化方式主要有过渡金属、紫外、热、碱活化及复合活化方式，但现有活化方式仍存在一定局限性，且该技术的研究主要集中在实验室阶段，未来对更加高效、安全、绿色、经济的活化方式的探究及该技术在实际工程中的推广运用是重要的发展方向。