过硫酸盐高级氧化的研究及应用
单原子催化剂活化过硫酸盐综述
单原子催化剂活化过硫酸盐综述一、引言过硫酸盐作为一种环境友好的氧化剂，广泛应用于有机物转化、能源生产和水处理等领域。
近年来，研究者发现单原子催化剂（SACs）能有效活化过硫酸盐，在众多化学反应中显示出较高的活性和选择性。
本文将对单原子催化剂活化过硫酸盐进行综述，主要涵盖以下方面：单原子催化剂概述、过硫酸盐的化学性质、单原子催化剂活化过硫酸盐的机理、活化过程中的反应类型、影响因素与反应条件以及实际应用与展望。
二、单原子催化剂概述单原子催化剂是一种新型的纳米催化剂，其特点是活性中心只有一个原子。
这种独特的结构使得单原子催化剂具有较高的活性和选择性，被广泛应用于各种化学反应。
单原子催化剂可以通过各种方法合成，如物理吸附、化学键合等，使其稳定地分散在各种基底上。
三、过硫酸盐的化学性质过硫酸盐是一种含有过氧基(-O-O-)的化合物，具有强氧化性。
在酸性或中性条件下，过硫酸盐是一种温和的氧化剂，可以用于有机化合物的选择性氧化。
在碱性条件下，过硫酸盐可以发生自身氧化还原反应，生成硫酸根自由基。
四、单原子催化剂活化过硫酸盐的机理单原子催化剂活化过硫酸盐的机理主要涉及电子转移过程。
在反应过程中，单原子催化剂上的活性原子与过硫酸盐发生电子交换，将过硫酸盐的电子转移到活性原子上，从而活化过硫酸盐。
在这一过程中，单原子催化剂起到了电子传递的作用，同时也提供了活性位点，使得过硫酸盐能够发生氧化还原反应。
五、活化过程中的反应类型利用单原子催化剂活化过硫酸盐可以实现多种类型的反应，如氧化反应、磺化反应、羟基化反应等。
这些反应在有机合成、能源转化和环境治理等领域具有广泛的应用前景。
六、影响因素与反应条件影响单原子催化剂活化过硫酸盐的因素包括催化剂的活性位点类型、过硫酸盐的浓度、溶液的pH值以及温度和压力等反应条件。
通过优化这些因素和条件，可以调控反应过程，提高反应效率和选择性。
七、实际应用与展望单原子催化剂活化过硫酸盐在有机合成、能源转化和环境治理等领域展现出广阔的应用前景。
过硫酸盐活化高级氧化技术在污水处理中的应用
过硫酸盐活化高级氧化技术在污水处理中的应用发表时间：2018-11-26T17:28:51.227Z 来源：《建筑模拟》2018年第25期作者：刘君成1 盖龙霜2 [导读] 近年随着我国工业化程度不断加快，工业废水的污染状况日益加重，不断危及人们的生活环境，寻求一种快速、高效的污水处理技术已成为科研人员迫在眉睫之事。
刘君成1 盖龙霜21.天津北海油人力资源咨询服务有限公司天津 3004572.天津津环环境工程咨询有限公司天津 300191摘要：近年随着我国工业化程度不断加快，工业废水的污染状况日益加重，不断危及人们的生活环境，寻求一种快速、高效的污水处理技术已成为科研人员迫在眉睫之事。
相关领域科研人员研究后发现过硫酸盐活化高级氧化技术在污水处理上有重要作用，能够在提高污水处理质量的同时增加污水处理的数量和效率。
对此，科学人员在过硫酸盐活化高级氧化技术的基础上持续改进和优化，充分挖掘其在污水处理方面的优势，为我国的绿色发展提供技术支持，实现可持续发展，适应现代社会发展趋势。
关键字：污水处理高级氧化过硫酸根随着工业化程度不断提高导致我们赖以生存的环境被污染的范围急剧扩大，尤其是污水方面的影响更为严重，而工业废水的污染通过传统的污水处理技术更加难以处理。
然而科研人员通过对过硫酸盐活化高级氧化技术进行详细分析和讨论后发现其对于工业废水的降解能力较高，尤其是对一些污染较重的有机物有较强的降解作用，于是该技术在污水处理方面的推广应运而生，充分发挥其在工业废水治理领域的重要作用。
过硫酸盐活化高级氧化技术是将工业废水中难生物降解的有机物质降解成小分子物质和无机离子，降低有机物的污染程度及其对人体和环境的危害。
本文通过对过硫酸盐高级氧化技术在工业污水治理方面的特点和应用方式进行分析，进一步优化和提高此技术的运用能力，为实现我国绿色可持续发展做出贡献。
一、过硫酸盐高级氧化技术基本特点过硫酸盐高级氧化技术在有效降解污染严重的有机废水方面有其自身优势，专业人员对其进行研究分析后发现了两个重要基本特点。
外场效应强化过硫酸盐氧化技术去除有机污染物的研究进展
第 35 卷 第 1 期环 境 科 学 研 究Vol.35，No.1 2022 年 1 月Research of Environmental Sciences Jan.，2022外场效应强化过硫酸盐氧化技术去除有机污染物的研究进展陈妍希1，严登明2，朱明山1*1. 暨南大学环境学院, 广东省环境污染与健康重点实验室, 广东广州 5114432. 黄河勘测规划设计研究院有限公司, 河南郑州 450003摘要：环境中难降解有机物对生态环境及人体健康构成了巨大的威胁. 近年来，外场效应活化过硫酸盐高级氧化技术在环境治理中得到了广泛研究. 为进一步明确外场效应强化过硫酸盐活化技术的微观机制和污染物去除效能并拓宽其应用范围，综述了包括热场、US(ultrasonic，超声)场、电场、光场、磁场及压电场6类常见外场辅助过硫酸盐活化去除有机污染物的研究进展. 结果表明：①热场、US场、电场及光场强化过硫酸盐活化技术去除污染物的效能、活化机理和实际应用价值已被进行详细的研究.②在上述场效应中，磁场仅应用于提高Fe0及相关复合物活化过硫酸盐的效果；而压电效应活化过硫酸盐技术作为新兴的技术手段，其相关的研究报告非常少. ③目前的研究仍存在一些不足，如外场效应强化过硫酸盐活化技术的能源利用率、经济成本和实际应用潜能，以及降解过程中副产物的生态毒性等问题仍未进行深入的研究；压电强化过硫酸盐活化技术中压电材料和压电源的选择以及活化机理等内容依然存在空白；需解决多场耦合活化过硫酸盐技术存在的兼容性问题，其应用潜力也需进行评估.研究显示，外场效应强化过硫酸盐氧化技术具有高效的有机物去除能力，可以为推动过硫酸盐氧化技术在水污染控制方面的进一步发展提供更多的技术支撑.关键词：外场效应；过硫酸盐氧化技术；有机污染物中图分类号：X52文章编号：1001-6929（2022）01-0131-10文献标志码：A DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2021.07.08Recent Progress in Removal of Organic Pollutants by External-Field Effect Enhanced Persulfate Oxidation ProcessesCHEN Yanxi1，YAN Dengming2，ZHU Mingshan1*1. Guangdong Key Laboratory of Environmental Pollution and Health, School of Environment, Jinan University, Guangzhou 511443, China2. Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd., Zhengzhou 450003, ChinaAbstract：Organic pollutants in the environment pose a huge threat toecological environment and human health. In recent years, the external-field effect enhanced persulfate advanced oxidation technology has been widely developed. In order to clarify its mechanism and broaden the application of persulfate oxidation technology, recent research on the removal of organic pollutants by persulfate oxidation under external fields (viz. thermal, US (ultrasonic), electric, light, magnetic and piezoelectric fields) enhancement is summarized. The results show that these external fields bring new pathways for persulfate activation and enhanced degradation efficiency of organic pollutants removal. However, the current investigation still has some limitations. For example, the energy efficiency,economic cost potential, practical application of external-fields effect enhanced persulfate oxidation technologies, and the ecotoxicity of by-products produced in the degradation process still lack in-depth investigation. Besides, the mechanism of the piezo-activation of persulfate, and thecompatibility in practical operation of multiple-fields enhanced persulfate oxidation need to be further investigated.This study exhibits high organic pollutants removal efficiency by usingexternal-field effect to enhance persulfate advanced oxidation process, which provides收稿日期：2021-06-07 修订日期：2021-07-04作者简介：陈妍希(1996-)，女，广东汕头人，ccchenyanxi@.*责任作者，朱明山(1985-)，男，安徽合肥人，教授，博士，博导，主要从事环境催化研究，zhumingshan@基金项目：广东省自然科学杰出青年基金项目(No.2020B1515020038)；广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才项目(No.2019QN01L148)Supported by Natural Science Foundation of Guangdong Province，China (No.2020B1515020038)；Pearl River Talent Recruitment Program of Guangdong Province， China (No.2019QN01L148)a new direction to develop high-performance persulfate advanced oxidation technology in water treatment.Keywords ：external-fields effect ；persulfate oxidation processes ；organic pollutants近年来，有机污染物被广泛应用于工业、医药业、农业及养殖业等行业中[1-2]. 由于这些污染物具有稳定的化学结构[3-4]，传统的废水处理工艺不足以完全去除污染物，排放的有机污染物将流入地表水土及地下水中，导致严重的药物污染问题[5]. 目前的研究[6-11]表明，包括在中国、西班牙及澳大利亚等国家的环境水体及土壤中均已频繁检出多种有机污染物. 虽然目前在环境中只观察到痕量或超痕量的有机污染物的存在，但其在水土中的长期富集无疑会对生态环境及人体造成潜在的威胁[12]. 因此，基于当前的环境污染问题，开发先进的污染物处理技术十分迫切.AOPs(advanced oxidation process ，高级氧化技术)可以产生高反应自由基〔主要是·OH (hydroxyl-radical ，羟基自由基)〕，被认为是一种处理新兴难降解有机物的有效手段[13-15]. 其中，基于SO 4−·(sulfateradical ，硫酸根自由基)的AOPs 近年在水土环境治理中引起了极大的关注. 相比于·OH ，SO 4−·显示出更高的氧化还原电位(E 0=2.5~3.1 V)和更长的寿命(t 1/2=30~40 μs)[16-18]. 此外，相比于其他氧化剂如H 2O 2(hydrogen peroxide ，过氧化氢)和KMnO 4(potassium permanganate ，高锰酸钾)，可产生SO 4−·的氧化剂过硫酸盐〔包括PMS(peroxomonosulfate ，过一硫酸盐)和PDS(peroxodisulfate ，过二硫酸盐)〕具有稳定性强、pH 适应能力高及成本低等优点，在应用于有机污染物的去除上显示出一定的优势[19-21]. 然而过硫酸盐的氧化性有限，需要采用不同的方法对其进行活化.过硫酸盐活化方法主要分为外场能量输入及催化剂投加两大类. 相比于催化剂直接投加的活化方法，直接输入如热、光、US(ultrasound ，超声)、电场或磁场等外场能量是一种灵活且控制的策略[22]，可以在增强过硫酸盐活化效果的同时避免催化剂添加后产生的二次污染问题. 此外，不同场具有独特的活化机制和优势，这些都可能极大地影响过硫酸盐活化的效果. 外场效应强化过硫酸盐活化的基本类型及其优缺点等差异对比如 图1和表1所示. 目前，已有的过硫酸盐研究主要集中于找寻合适的方式实现过硫酸盐的高效活化以及综述近年来不同方法活化过硫酸盐降解有机污染物的研究进展. 例如：Pang 等[16]综述了近年来碳基磁性纳米复合材料活化过硫酸盐去除有机物的进展；Yang 等[23]探究了光在过硫酸盐氧化技图 1 外场效应强化过硫酸盐活化的基本类型Fig.1 The types of persulfate activation underexternal field enhancement表 1 不同外场效应强化过硫酸盐活化技术的对比Table 1 Comparison of different external-field effect enhanced persulfate oxidation technology外场强化机制优点缺点应用场景热场热能提供能量操作简单、活化效果明显外加热源能耗大、操作困难主要为实验室研究阶段；可应用于实际环境，利用可持续产生的热能实现连续的热场活化超声场空化效应释放能量环境友好、高效电能耗费大、无法大面积应用主要为实验室研究阶段，可用于污染土壤修复电场电能提供能量；水分解或过渡金属的价态转移提供电子无毒、高效成本高、操作复杂、无法大面积应用主要为实验室研究阶段光场光能提供能量；电子-空穴分离效率提供电子环境友好、成本低、易获得、效率高光利用率低，大部分为紫外和可见光主要为实验室研究阶段；可应用于实际环境，利用实际太阳光实现清洁环保的活化磁场弱磁场加速Fe 0腐蚀成Fe2+不引入其他能源及化学物质应用范围窄、研究内容少仅实验室研究阶段压电场机械力实现材料内部极化，提供电子和空穴能源效率高应用范围窄、研究内容少仅实验室研究阶段132环 境 科 学 研 究第 35 卷术处理废水过程中的作用. 然而，这些研究并没有对外场效应强化下过硫酸盐活化技术去除污染物的总体进展及成果进行统计和分析，也没有对其优势和未来发展方向进行评估. 该文在已有研究基础上，梳理了近年来的外场效应强化过硫酸盐活化技术去除有机污染物的研究成果，总结了不同场效应辅助过硫酸盐活化的效果和优势，并对其未来的发展提出建议，以期为更加高效地处理环境污染提供实际有效的参考.1 热场作为最常见的外场辅助策略之一，热场是活化过硫酸盐的传统方法. 已有研究[24-25]表明，过硫酸盐可以通过吸收热场产生的热能断裂其O−O键，进而生成SO4−·和·OH. 与PMS相比，PDS在热活化中的应用更广泛[26]. 当热场温度>50 ℃时，产生的能量可以使PDS的O−O键断裂并产生SO4−·[26]. 产生的SO4−·可以在较高温度下迅速与水反应生成·OH[26]. 近20年的研究主要集中于温度对污染物去除率以及PDS 消耗速率的影响[27-29]. 大量试验表明，在受控的温度范围内，污染物的反应速率随着温度的升高而提高[25,27]. 然而，温度的升高同时可能加速各种副反应(如SO4−·或·OH的重组等)的发生，限制污染物的去除效率[30]，因此，其应用于实际污染水土中具有一定的难度. 为更好地将热场能量应用于实际环境中，近年来研究内容逐渐转移到实际热能的应用和利用热能处理难去除的实际废物中[30-34].使用可再生能源用作热源可以通过持续热能的产生实现连续的热场活化PDS，是一种可靠的实际应用手段. Forouzesh等[30]使用卤素灯泡作为热辐射源，首次在连续系统中研究热活化PDS对污染物的去除. 试验结果表明，无论是在间歇还是连续的热催化活化反应系统中，MTZ(metronidazole，甲硝唑)都能在温度大于70 ℃时起到大于90%的去除率[30]. 此外，工业生产过程中产生的大量废热(温度通常为60~120 ℃)[35]也可以活化PDS. 在40、60和90 ℃下，矿化70%的原水〔天然有机物的主要成分HA(humic acid，腐殖酸)〕分别需要168、24和1 h. 此外，HA的芳香结构在40 ℃下受到明显的破坏，并且超滤膜结垢问题显著改善[34]. 因此，废热活化有望成为一种可持续且低成本的水处理方案，而后续研究也将在真实环境下研究废热活化的处理效果.此外，热场辅助过硫酸盐活化的研究也逐渐集中于对实际水体复杂污染物的处理中. Bruton等[33]在原位化学氧化条件下用热活化PDS处理含多种氟化和非氟化表面活性剂的水成膜泡沫，结果表明，全氟烷基酸前体化合物被有效转化为短链全氟羧酸盐产物，使其更难被回收并可能对环境造成更大的危害.此外，在水力压裂条件下，单独的水力压裂添加剂糠醛也可以很快被PDS氧化，但加入化学添加剂会减慢糠醛的降解[32]. Zrinyi等[31]深入研究了热场温度对PDS活化降解苯甲酸的转化途径和产物分布的影响，结果表明温度的变化不仅控制SO4−·和·OH的生成速率，并且影响苯甲酸的脱羧机理和转化产物的分布.基于近年来热场辅助过硫酸盐活化技术的研究进展，使用可再生或可持续资源作为热源提供活化过硫酸盐的热量去除实际污染虽然是一个可行的技术，但使用过程中依然存在污染物降解速率受限以及转化产物毒性较高等问题. 因此，后续依然需要对热场强化过硫酸盐活化技术去除真实环境样本进行深入研究，并重视产物的毒性及迁移转化机制.2 US场US强化过硫酸盐活化技术作为一种新兴的技术手段，其主要原理是频率超过20 kHz的声波在液体介质中产生空化效应，导致气泡收缩、膨胀及破裂等一系列动态过程的发生[36-37]. 气泡水会分解产生·OH 攻击过硫酸盐，而气泡因破裂具有高压和高温，也可以作为局部“热点”释放出巨大的能量激活过硫酸盐[38].近年来，US辅助过硫酸盐活化氧化技术作为一种环境友好且高效的AOPs，在有机污染物的去除上起到了明显的协同作用，例如，SMT(sulfamethazine，磺胺二甲嘧啶)、CBZ(carbamazepine，卡马西平)、DCF(diclofenac，双氯芬酸)分别在30、120和200 min 内达到100%、90%和100%的降解率[39-41].此外，Yang等[42]综述了近年来US活化过硫酸盐在去除污染物方面的研究，并对US功率、US频率、温度和pH等反应影响因素进行了总结和分析，表明US辅助过硫酸盐活化技术是难处理有机废水处理的有前途的替代技术. 相比于US活化PMS技术，目前大多数研究主要集中于US辅助PDS活化技术. 由于具有不同的分子结构和特性，PDS和PMS在特定条件下表现出不同的有机物分解速率. Lee等[43]以IBP (ibuprofen，布洛芬)作为模型污染物研究了PDS和PMS在不同US频率下的活性差异，结果表明不论是PDS还是PMS，当US频率为1 000 kHz时，IBP 的降解效率最好. 值得注意的是，当频率相同时，US 活化PDS对IBP的去除效率高于US活化PMS，且表现出最小的单位电能消耗量[43].此外，当前大部分研究均集中于环境水介质，其他环境介质如土壤环境下US辅助过硫酸盐活化的第 1 期陈妍希等：外场效应强化过硫酸盐氧化技术去除有机污染物的研究进展133技术发展仍然有限. Lei等[44]将US辅助技术引入土壤系统中促进土壤团聚体的分解，并利用US激活PDS有效氧化去除DHC(diesel hydrocarbons，柴油碳氢化合物). 试验结果表明，产生的自由基、US过程的轻微热分解以及PDS的直接氧化三者的共同作用是造成DHC降解的主要原因. 然而，其降解效率依然有限，16.25 g/kg柴油只达到约28.0%的去除率. 此外，US强化过硫酸盐活化技术应该应用于实际土壤中，而不是仅在加标土壤中进行试验. 基于此，Lei 等[45]进一步将单频US替换成双频US，评估了双频US辅助PDS活化技术在实际土壤修复中降解总石油烃的降解动力学和机理. 试验结果表现出双频US 和PDS高效的协同作用，在180 min内实际土壤中观察到了88.9%的总石油烃去除率.基于近年的进展研究，US效应强化过硫酸盐活化技术的机理较为明晰，并且在土壤及水体环境中均得到了有效的污染物去除效果. 然而，US技术依然需要耗费一定的电能，且如何将其大面积应用于实际水土环境污染中还尚未可知. 因此，US效应强化过硫酸盐活化技术在实际应用方面仍具有很大的发展空间.3 电场与电场引入芬顿工艺的目的相似，电场引入过硫酸盐技术中的最初目的是解决金属活化过硫酸盐技术中金属离子的难回收及难再生等问题. Wu等[46]在Fe2+活化PDS的工艺中直接施加电场，观察到AO7(acid Orange 7，酸性橙7)的脱色效果显著增强.此外，Wang等[47]分别以铁片和石墨棒作为牺牲阳极和阴极，利用施加电流时阳极原位生成的Fe2+活化PMS产生ROSs(reactive oxygen species，活性氧物种)攻击污染物，产生的Fe3+在阴极被还原以实现Fe2+的再生. 基于以上发展，电场逐渐应用于过硫酸盐活化技术中.作为产生SO4−·最有效方法之一，近年来电场强化过硫酸盐活化技术处理实验室以及实际废水中有机污染物被进行了广泛的研究. 电活化过硫酸盐具有无毒、价格低廉、效率高及产生的·OH选择性高等优点[48]，其主要机理是利用电场产生的能量直接活化过硫酸盐，或者通过水的分解或过渡金属的价态转移等间接提供电子活化过硫酸盐[49]. 活化过程生成的SO4−·可以直接与污染物发生氧化还原反应，也可以在很宽的pH范围内与水反应产生·OH再进一步攻击有机污染物[50]. 此外，电活化过硫酸盐处理技术也可以通过直接氧化和非自由基氧化实现污染物的去除. 例如，Song等[49,51]首次使用具有多种官能团的碳材料(包括多壁碳纳米管、石墨、碳黑和粒状活性炭)作为阳极进行电活化过硫酸盐，发现有机污染物的降解归因于非自由基、·OH和SO4−·氧化的共同作用. 以Ti/Pt电极为工作电极，电活化PDS技术表现出选择性氧化去除有机污染物的能力，其中PDS氧化、直接电解和非自由基氧化是造成污染物降解的原因[52]. 此外，与传统过硫酸盐技术不同，电化学反应通常在电极表面发生，因此产生的活性自由基(如OH和SO4−·)也常吸附于电极表面而不是在反应溶液中[52]. Liu等[53]分别使用ACF(activated carbon fiber, 活性碳纤维)/Ti/Pt和Ti/Pt作为阴极和阳极，提出了一种新型且可持续的电活化PDS的方法. 通入电流后，一方面自由电子可以注入到ACF的表面上，产生·OH 和SO4−·攻击吸附于ACF表面的污染物；另一方面，Ti/Pt阳极也可以吸附PDS并增强污染物在Pt表面的直接氧化.近年来，大量文献还研究了不同反应条件(如过硫酸盐的浓度、电极材料、电流密度、pH和电解质等)对电效应强化过硫酸盐活化技术去除污染物的影响，结果表明，过硫酸盐浓度和电流密度的增加一般有助于污染物的去除，而pH和电极材料的差异则会根据试验内容产生不同的影响[54-57].基于上述研究进展，电场效应强化过硫酸盐活化技术是处理有机污染物的有效手段. 然而，在实际污染环境中如何更高效和更具成本效益的去除污染物仍然存在挑战. 因此未来的研究方向应利用电场的优势着眼于减少能量及过硫酸盐的输入，优化出最佳的试验条件，并尽量减少二次污染(如铁泥等的产生).4 光太阳光包括约3%的UV(ultraviolet light，紫外光)、44%的VL(visible light，可见光)和53%的NIR (near infrared light，近红外光)，具有成本低、操作简单和效率高等优点，是一种可再生的清洁能源[58]. 近年来大量的文献对光辅助过硫酸盐活化技术进行了研究和调查，主要包括：①UV直接激活过硫酸盐；②VL在均相或非均相体系中强化过硫酸盐活化；③NIR照射下光热转换活化过硫酸盐.UV照射产生的能量可以有效激活PMS和PDS 产生ROSs(活性氧物种)并高效降解有机污染物，无需添加其他催化剂，被认为是一种环境友好的活化方式，近年来已得到了广泛的研究[59-63]. 例如，Li等[61]探索了单独UV和UV活化PDS分别降解PCMX (4-chloro-3,5-dimethylphenol，4-氯-3，5-二甲基苯酚)的差异，结果表明与单独UV光照相比，UV/PDS体134环 境 科 学 研 究第 35 卷系中产生的SO4−·是促进PCMX快速降解的主要原因.开发基于VL或NIR活化的过硫酸盐体系是一种提高太阳光利用率的策略，但VL的能量不足以直接活化过硫酸盐. 在均相体系中通过光敏化或LMCT (ligand-to-metal charge transfer，配体金属的电荷转移效应)激活过硫酸盐是有效利用VL的常见手段. Achola等[64]使用Co-FeO x作为催化剂，在VL照射下活化PMS降解敏化染料AO2(acid Orange 2，酸性橙2). AO2作为光敏化剂在VL光照下可以加速Co3+/Co2+的循环，并通过产生活性自由基团促使AO2脱色. Yin等[65]研究发现，有机污染物SMX(sulfamethoxazole，磺胺甲恶唑)可与Fe3+形成络合物，在VL的诱导下通过LMCT将Fe3+原位还原成Fe2+，从而有效激活PDS降解SMX，实现“以污治污”. 此外，在VL照射下直接添加光催化剂也可以有效活化过硫酸盐. 过硫酸盐在光照条件下可以通过捕获光催化剂的光生电子进行自活化以产生·OH或SO4−·等ROSs，同时有效分离光生电子-空穴对并提高催化剂的光催化活性[66].例如，VL照射下MIL-100(Fe)(Fe-based metal organic framework，铁基金属有机骨架)产生光生电子和空穴，电子转移到MIL-100(Fe)的表面将Fe3+还原成Fe2+. PDS通过捕获光生电子和Fe2+产生ROSs并在180 min 内去除几乎100%的SMX[67].目前多数研究都集中于探索UV和VL区域中的光反应，而太阳光中一半为NIR区域. 由于涉及NIR区域的光反应会带来强烈的热效应，因此利用NIR产生的热效应活化过硫酸盐可能是一种有效的手段. 笔者所在课题组以典型的光热材料MoS2为催化剂，首次研究了NIR照射下光热转换活化PDS的过程，试验表明，在808 nm的激光照射下，从光能转换而来的局部热量可以将反应溶液的温度升至45 ℃并直接激活PDS以提高污染物的去除率[68]. 该研究本质上通过充分利用太阳光谱中NIR区域产生的能量，发挥热场与光场耦合活化的作用，从而提高有机污染物的去除率.总之，近年来的研究表明光辅助过硫酸盐技术可以显著提高污染物去除率，其机理也被进行深入的探究. 然而，目前的研究多数集中于UV和VL，而太阳光中一半区域为NIR，因此需要拓展光的利用. 此外，利用光反应中产生的热效应活化过硫酸盐的技术是一种有前途的环境修复技术，对此进行深入的研究可以最大程度地利用太阳光.5 磁场由于磁场可以通过改变材料的微观结构引起材料性质的变化，进而影响化学反应，磁化学作为一门新兴的学科逐渐得到关注与发展[69]. 数10年来，磁场被广泛应用于废水处理中，主要用于分离磁性材料或与Fe0耦合去除重金属和有机污染物[69-70]. 自1994年起， Fe0开始作为Fe2+的替代品用于水处理中，并且在过硫酸盐活化方面展示出较高的活性[71]. 然而，在处理废水过程中，溶解的O2、H2O、NO3−等会消耗大量的Fe0，导致其钝化并降低反应性. WMF(weak magnetic field，弱磁场)可以加速Fe0腐蚀成Fe2+，且产生的永磁体没有引入其他能源及化学物质，被认为是改善Fe0反应性的有前途的手段.Guan的研究团队在2014年首次将WMF引入Fe0/PDS体系中，并观察到酸性橙G的去除率提高了28.2倍[72]. 通过深入的机理研究，李锦祥等[73]发现施加WMF可产生不均匀磁场并磁化Fe0，其中，洛伦兹力通过减小Fe0表面的扩散层厚度改善其传质效果；磁场梯度力使具有顺磁性的Fe2+从磁感应强度低的位置往高的迁移，导致Fe0的腐蚀产物均匀分布于颗粒表面，进而改善Fe0的反应活性. Du等[74]的研究进一步发现，WMF的添加可以大大增强Fe0/PDS去除SMX的效率，但不会改变原工艺产生的ROSs类型，只是加速了Fe2+的释放.此外，Fe0的衍生材料在WMF的作用下也观察到高效的过硫酸盐活化效果.例如，沸石负载的Fe0在WMF的磁化作用下活化PDS的效果明显提升，其对AO7的去除率相比原工艺提高了2~3倍[75]. 然而，在实际水处理应用中仍无法将WMF大面积应用于Fe0活化过硫酸盐的技术中. 因此，利用Fe0的铁磁记忆特性，磁场预磁化手段处理Fe0被作为一种有效的改进手段并逐步应用于Fe0/PDS工艺中. 大量试验结果证明，预磁化后的Fe0可以有效改善PDS的活化能力和拓宽pH的应用范围，2,4-DCP(2,4-Dichlorophenol，2,4-二氯苯酚)[76]、OG(orange anthraquinone dyes，橙蒽醌染料)[77]、RhB (Rhodamine B，罗丹明B)[78]和p-ASA(p-aminopheny-larsonic acid，对氨基苯胂酸)[79]等有机污染物都可以被有效去除. 此外，Chen等[79]首次将预磁化Fe0/PDS 工艺应用于芳香有机砷化合物(以p-ASA为代表)的去除，并研究了降解过程中消毒副产物的生成，结果表明预磁化的处理可以提高p-ASA的去除率(99.2%)并减少碳质消毒副产物的形成，但会增加含氮的消毒副产物的形成.综上，WMF的引入可以大大增强Fe0活化过硫酸盐的能力，在未来的实际应用上具有很高的潜力.目前对WMF的大多数研究都集中于污染物去除性第 1 期陈妍希等：外场效应强化过硫酸盐氧化技术去除有机污染物的研究进展135能的探索和试验条件的优化，其相关的机理依然需要更深入的探究. 此外，预磁化Fe0活化过硫酸盐的研究仅局限于实验室规模. 因此，后续研究应着眼于实际水处理环境，进行较大规模的现场修复测试，并深入探索WMF及预磁化的Fe0的商业应用价值.6 压电场相比于其他的催化技术，压电催化具有更高的能源效率[80]. 压电效应是一种物理现象，当压电材料在受到风、潮汐及水流等外界环境力的作用下发生机械变形时，其材料表面产生压电势，并出现正负相反的电荷[80-82]. 据报道显示，压电场提供的充足的正负电荷可以直接攻击污染物，防止光电子-空穴复合[83-86].因此，近10年来压电催化技术主要用于直接分解污染物，或作为一种耦合技术提高光催化效率. 2020年，Zhu的研究团队和He的研究团队相继提出压电催化产生的电荷也有望通过攻击过硫酸盐的O−O键激活过硫酸盐，以提高污染物的去除率[87-88]. 压电活化过硫酸盐技术开始引起人们的关注.目前，压电活化过硫酸盐去除有机污染物的相关文献仅有4篇. 为了给予足够的压电形变以产生更多的电荷，文献均以超声作为压电源应用于实验室研究中. Zhu的研究团队和He的研究团队均使用传统的压电材料BaTiO3为催化剂，分别活化PDS和PMS 用于降解污染物IBP和BTH(benzothiazole，苯并噻唑)，试验结果表明，压电效应可以有效激活PDS和PMS并达到高效的污染物去除率，分别可以在60和30 min内去除99%的IBP和92%的BTH[87-88]. Ao的研究团队[89]使用MoS2作为2D压电催化剂模型激活PMS以高效降解苯酚，并通过试验和DFT (density functional theory，密度泛函理论)计算，确定了2D压电材料催化PMS活化过程的内在机理主要是：①PMS被MoS2形变产生的负电荷还原成·OH 或SO4−·；②PMS和MoS2形变产生的正电子的相互作用产生SO5−·，且进一步生成SO4−·，最后在超声协助下通过水解转化成·OH；③MoS2本身也可以通过钼离子的变价活化PMS进而产生ROSs[89]. 以上研究均为将压电和AOPs相结合控制水污染的应用提供了可行性. 此外，为了提高压电材料的性能，Chen 等[90]构建了BaTiO3/MoS2压电异质结，其成功减少了载流子重组，研究证明，结合BaTiO3和MoS2可以增强压电效应，提高活化PMS的效率并在40 min内达到了90%的ORZ(ornidazole，奥硝唑)去除率，提供了一种通过构建压电材料异质结来增强压电激活过硫酸盐的新想法.总之，目前的研究结果表明压电活化过硫酸盐是一种有潜力的应用于水处理的技术手段，但其深入的机理研究以及实际应用价值仍有待挖掘，需要大量的试验探究其未来的发展方向及可行性. 后续的研究应集中于压电材料的选择、活化机理的研究及其在实际水处理中的应用潜力探究等方面.7 结论与展望a) 热场、US场、电场及光作为传统的活化过硫酸盐技术手段，在有机污染物去除中展现出优异的性能及广泛的应用前景，其效能、活化机理和实际应用价值被详细地研究，是目前研究较为深入的外场效应强化过硫酸盐活化手段. 然而，其能源利用率、经济成本等与实际应用相关的部分仍需进行探究.b) WMF辅助过硫酸盐活化技术的研究重点均集中于通过WMF强化Fe0及相关复合物活化过硫酸盐的效能，而未有研究讨论WMF在其他材料上的应用潜力. 未来的研究除了着眼于WMF和预磁化的Fe0的商业应用价值和实际应用潜力的探索外，还需尝试开发利用WMF提高过硫酸盐活化的其他方法，通过比较筛选更加经济高效的活化手段.c) 压电效应活化过硫酸盐技术作为新兴的技术手段，其相关的研究报告非常少. 虽然目前的研究表明压电效应活化过硫酸盐是去除有机污染物的有效方法，但压电材料和压电源的选择以及压电活化过硫酸盐的机理等内容依然存在空白，未来需进行更深入的探索.d) 目前，已有文献使用多场耦合活化过硫酸盐技术对有机污染物进行去除. 由于不同场的辅助机理和活化过硫酸盐的能力不同，后续研究应考虑多场耦合的可行性及兼容性问题，并考虑多场耦合的成本及实际应用潜力.e) 除有机污染物外，降解过程中产生的降解副产物也可能对实际环境造成威胁. 后续研究应探究降解副产物的生态毒性，并以污染物的矿化作为环境修复的最终目的. 此外，环境污染水体中一般存在不止一种污染物，有必要以实际污染水体为对象，探究外场效应强化下过硫酸盐活化技术去除多种污染物的效果.参考文献(References)：CHEN Y X, YANG J L, ZENG L X, et al. Recent progress on theremoval of antibiotic pollutants using photocatalytic oxidationprocess[J]. Critical Reviews in Environmental Science andTechnology, 2020. doi:10.1080/10643389.2020.1859289.［1］WANG X D, YIN R L, ZENG L X, et al.A review of graphene-［2］136环 境 科 学 研 究第 35 卷。
芬顿高级氧化技术和过一硫酸盐高级氧化技术
芬顿高级氧化技术和过一硫酸盐高级氧化技术
芬顿高级氧化技术是一种有应用前景的废水处理技术，在处理难降解有机污染物时具有独特的优势。
过一硫酸盐高级氧化技术是一种基于过硫酸盐（S2O8-2、S2O6-2等）与羟基自由基（OH）的氧化技术。
在适当的条件下，过硫酸盐可以活化水中的溶解氧、OH等自由基，引发一系列链式反应，将有机污染物迅速降解为无机物、二氧化碳和水。
过一硫酸盐高级氧化技术在水处理、环境保护和化工等领域有着广泛的应用。
芬顿高级氧化技术的技术原理是利用芬顿试剂把有机物大分子氧化成小分子，再把小分子氧化成二氧化碳和水。
同时二价铁离子被氧化为三价铁离子，三价铁离子具有一定的絮凝作用，三价铁离子水解成氢氧化铁具有一定的网捕作用，从而净化水质。
芬顿高级氧化技术的主要设施包括中间水池、芬顿氧化塔（池）、中和池、脱气池、混凝反应池、混凝沉淀池、污泥浓缩池、污泥脱水设备、加药泵、进水泵等。
过一硫酸盐高级氧化技术的理论基础主要涉及两个方面：过硫酸盐的活化与OH的产生。
过硫酸盐氧化处理脱硫废水的研究
科学技术创新2019.32除雾器冲洗情况良好，不存在除雾器堵塞情况，除雾器烟气流速符合设计规定，吸收塔液气比符合设计标准值，但烟囱烟气流速偏高，造成液滴的二次携带。
图11号机组995MW 时的除雾器差压及烟气流量3处理建议3.1控制脱硫吸收塔浆液pH 值在5.6～5.9之间，液位在9.5～10.5之间，减少浆液循环泵运行数量。
3.2对湿烟道和湿烟囱进行改造,优化疏水管道布置,使冷凝液妥善排出是解决烟囱降雨问题的关键。
无GGH 的脱硫装置在净烟道及烟囱内筒都应该根据烟气流动特点相应布置排水装置。
3.3选用高效除雾器，净化烟气法是从“石膏雨”形成的根源出发解决问题的，但由于净化程度的局限性(一般只能去除直径20μm 以上的多数液滴)，只能减轻烟气中石膏浆液和液滴携带形成的石膏雨，无法根治“石膏雨”现象，同时净化烟气法对干净烟气中水蒸气凝结形成的“石膏雨”(基本不含石膏)无法解决。
3.4采用热管换热器加热将净烟气由45～60℃的烟气加热到70～80℃，降低净烟气的过饱和度，使烟气远离水的露点温度，从而避免水蒸气凝结而形成石膏雨。
3.5在机组带大负荷时，可以适当减少风量，通过控制炉膛负压与增压风机压力，降低烟气流量与流速。
参考文献[1]蒋文举,赵君科,尹华强.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京:化学工业出版社,2007.[2]周至祥.湿法FGD 湿烟囱工艺的问题及对策[J].电力环境保护,2003，1(19):19-21.[3]王浩青,贺军荪.湿法烟气脱硫的烟气排放[J].能源环境保护,2009,23(3):18-19.[4]张爽.湿法烟气脱硫装置采用湿烟囱排放的探讨[J].电力建设,2005,26(1):64-66.作者简介:张培（1978-），男，本科，工程师，从事火电厂脱硫脱硝运行管理工作。
过硫酸盐氧化处理脱硫废水的研究王亮（大唐环境产业集团股份有限公司安阳项目部，河南安阳455000）火电厂脱硫废水成分复杂，污染物种类繁多，不仅含有高浓度的盐分、氟化物以及各种重金属，还含有高浓度COD 、固体悬浮物等。
活化过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的研究进展
活化过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的研究进展摘要：过硫酸盐在不同活化因子的作用下可产生具有强氧化性的硫酸根自由基（SO4–·），能氧化分解众多的有机化合物，同时因其具有的氧化能力强、反应速度快及应用范围广等特点，近年来在环境污染治理领域备受关注。
本文在对活化过硫酸盐氧化机理分析的基础上，综述了国内外利用过渡金属离子、氧化剂、热、强碱及联合活化等多种方式活化过硫酸盐修复有机物污染土壤的研究现状，并对活化过硫酸盐修复污染土壤的影响因素如氧化剂的添加量及添加方式、初始pH 和反应时间进行了综述。
此外，对活化过硫酸盐氧化法与电动修复、微生物修复、表面活性剂洗脱、固化稳定化等技术在土壤修复中的联合应用同样进行了的阐述。
最后提出了活化过硫酸盐应用于土壤修复领域存在的问题，并对今后的研究方向进行了展望。
关键词：过硫酸盐；氧化；活化；自由基；修复；有机污染物随着城市的现代化及经济的高速发展，城市布局和结构有了很大的调整，众多企业和工厂的搬迁、关停等产生的污染场地在二次开发和再利用的过程中，遗留的土壤污染问题犹如一颗“定时炸弹”，对生态环境及人群健康造成威胁。
如何有效解决遗留污染场地的污染土壤问题现已迫在眉睫，国内外众多学者对这一问题展开了不断的探索。
有机污染土壤的修复方法有原位修复和异位修复两种。
其中，原位化学氧化是将化学氧化剂加入污染原位区域，污染物由于氧化剂的强氧化性而被分解转化为小分子无害物质的方法，该方法因其氧化范围宽、降解效率高、修复周期短等特点成为环境领域的研究热点。
近年来，化学氧化技术已经在有机污染土壤的应用方面取得了较大进展，呈现出显著的修复效果。
选择合适的氧化剂是决定土壤修复效率的关键因素之一，氧化剂要求不仅氧化性强，而且本身及氧化产物对环境危害小。
目前应用于有机污染物降解的化学氧化剂包括Fenton 试剂、O3、高锰酸钾、活化过硫酸盐等。
高锰酸钾（氧化还原电位E0 =1.68V）性质稳定，易与含π 键的有机物反应，但本身容易被土壤中的天然有机质所消耗，同时产生的二氧化锰沉淀影响氧化剂在空隙中的传递，且存在污染地下水的风险；同样具有环境友好性的Fenton 试剂氧化范围宽、反应速度快，但羟基自由基产量不稳定，且易与土壤组分选择性剧烈反应，限制了自由基与污染物接触氧化的机会，同时对环境pH 范围要求较窄；臭氧（氧化还原电位E0 =2.07V）及其形成的自由基氧化能力较强，且二次污染小，但由于其为气态，纵向传输距离短，易受到传质和溶解性的限制而影响修复效果[6]。
非均相过硫酸盐高级氧化技术
非均相过硫酸盐高级氧化技术
非均相过硫酸盐高级氧化技术是一种高效的水处理技术，它可以有效
地去除水中的有机物和无机物，包括难以降解的有机物和毒性物质。
该技术的原理是利用过硫酸盐在水中产生的自由基，对水中的有机物
进行氧化分解，从而达到净化水质的目的。
非均相过硫酸盐高级氧化技术具有以下优点：
1.高效性：该技术可以在较短的时间内去除水中的有机物和无机物，处理效率高达90%以上。
2.环保性：该技术不需要添加任何化学药剂，不会产生二次污染，对环境友好。
3.适用性广：该技术适用于各种水源，包括地下水、河水、湖水等，可以处理各种类型的水质。
4.操作简便：该技术的操作简单，不需要复杂的设备和技术，易于实施。
非均相过硫酸盐高级氧化技术的应用范围广泛，包括工业废水处理、
城市污水处理、饮用水净化等领域。
在工业废水处理中，该技术可以
有效地去除有机物和重金属等污染物，达到排放标准。
在城市污水处
理中，该技术可以去除污水中的有机物和微生物等，使其达到再利用
标准。
在饮用水净化中，该技术可以去除水中的有机物和微生物等，
保证水质安全。
总之，非均相过硫酸盐高级氧化技术是一种高效、环保、适用性广的
水处理技术，具有广阔的应用前景。
随着人们对水质要求的不断提高，该技术将会得到更广泛的应用和推广。
过硫酸盐在有机污染土壤修复中的应用
2019年3月第6期Journal of Green Science and Technology过硫酸盐在有机污染土壤修复中的应用刘金光，李明，程寒飞（中冶华天南京工程技术有限公司，江苏南京210019）摘要：指出了过硫酸盐的高级化学氧化是近年来出现的一种新兴的有机污染土壤修复技术。
从过硫酸盐活■化方式及在土壤和地下水修复中的应用两个方面探讨了相关研究进展.提出了实际应用中存在的问题，并对未来研究进行了展望。
关键词：过硫酸盐；化学氧化；土壤中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1674-9944（2019）6-0132-031引言随着城市化进程加快，大批涉及焦化、化工、石油等行业的污染企业先后关闭搬迁，产生大量有机污染场地。
污染场地的二次开发对土壤安全的需求较高，如何快速有效的修复有机污染场地是当前必要解决的问题化学氧化修复具有修复效率高、周期短、成本较低，对污染物类型和浓度不敏感等优点，是有机污染场地常用修复技术37：。
化学氧化修复技术能否成功应用首先在于合适的氧化剂的选择。
目前常见的氧化剂为过氧化氢（比（）2）、过硫酸盐（S2O|）、高猛酸盐（MnO?）等gz〕。
过硫酸盐常指过硫酸钠，其价格相对低廉、便于运输、易溶于水，在水中形成s2or（E o= 2.01V）,利用热、过渡金属离子、强氧化剂、紫外线、微波、强碱性等条件的激发下产生具有强氧化性的硫酸根自由基（SO；•,E°=2.6V）,适宜氧化去除各种有机污染物因此.活化过硫酸盐在有机污染土壤修复工程中具有良好的应用前景。
2过硫酸盐氧化机理及活化方式过硫酸盐在一般条件下化学性质较为稳定，单独使用降解有机污染物的效果不理想⑼。
s2or经一定条件活化后产生活性自由基主要包括sex・、H（）•和so；•，其中以so,-产生量最大。
so：•与HO-的作用机理相似，主要通过电子转移作用、夺氢作用和加成作用3种途径攻击有机物将其降解为其他小分子类化合物22。