過硫酸鹽高級氧化技術(shù)活化方式及機(jī)理的研究進(jìn)展

◇安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院 齊文錦 樂思奇 徐 娟 李玉曉 查甫更

基于硫酸根自由基的高級氧化技術(shù)因快速高效、活化方式多樣、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域呈現(xiàn)極好的發(fā)展態(tài)勢。本文對基于過硫酸鹽高級氧化技術(shù)的不同活化方式及其作用機(jī)理和存在問題進(jìn)行了簡要概述，并對未來研究方向進(jìn)行了展望。

1 概述

為解決廢水中有機(jī)物含量逐漸增加的問題，高級氧化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。高級氧化技術(shù)通過產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性自由基破壞有機(jī)物結(jié)構(gòu)，將其分解為小分子物質(zhì)或直接礦化以達(dá)到有機(jī)物降解的目的[1]。常見的高級氧化技術(shù)有Fenton法、光催化氧化法、臭氧氧化法和過硫酸鹽氧化法等[2]，其中，過硫酸鹽氧化技術(shù)因具有穩(wěn)定性強(qiáng)、pH適應(yīng)范圍廣、無二次污染、快速高效等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛研究[3]。

基于過硫酸鹽的高級氧化過程可以產(chǎn)生硫酸根自由基（SO4-·），與OH·相比SO4-·具有較高的氧化還原電位（2.5-3.1s）和半衰期（40μs），因此SO4-·有更強(qiáng)的氧化能力，可以有效降解廢水中大多數(shù)有機(jī)物[4]。除此之外，SO4-·在堿性和中性環(huán)境中有更強(qiáng)的活性，相較于OH·對pH的適應(yīng)范圍更廣[5]。SO4-·對有機(jī)物的降解主要通過氫原子提取、加成及電子轉(zhuǎn)移等方式進(jìn)行，有機(jī)物的種類不同，SO4-·與有機(jī)物的反應(yīng)方式也不相同，如與醇、醚、酯、烷烴等主要通過氫原子提取與這類飽和有機(jī)化合物反應(yīng)，而與烯烴類化合物則主要通過加成反應(yīng)[6]。

2 過硫酸鹽高級氧化技術(shù)

過硫酸鹽結(jié)構(gòu)中的O-O鍵在常溫下較穩(wěn)定、反應(yīng)速率較低，因此在單獨(dú)使用過硫酸鹽氧化降解有機(jī)物時處理效果較差，對過硫酸鹽體系進(jìn)行活化后O-O鍵斷裂產(chǎn)生具有更高電位的SO4-·，SO4-·的氧化能力更強(qiáng)，可以提高對有機(jī)物的降解效率[7]。目前，過硫酸鹽活化方式主要分為單一活化和復(fù)合活化兩大類，單一活化方式主要有熱、紫外光、電、超聲、堿、過渡金屬和炭質(zhì)材料等[8]，不同活化方式對過硫酸鹽體系的作用機(jī)理不同，產(chǎn)生的自由基類別也不相同，表1總結(jié)了各活化方式的主要機(jī)理及特點(diǎn)。

表1 不同活化方式的作用機(jī)理及特點(diǎn)

在已有的活化方式中，熱、超聲、電等活化方式能耗較高，過渡金屬活化會引入金屬離子可能造成二次污染，增加后續(xù)處理成本，為彌補(bǔ)單一方式活化PS存在的缺陷，國內(nèi)外學(xué)者嘗試將單一活化方式聯(lián)合使用協(xié)同處理有機(jī)污染物。一般而言，復(fù)合活化方式對污染物的去除效果優(yōu)于單一活化方式[10]，但復(fù)合活化方式仍存在一定局限性，如影響因素較多導(dǎo)致最優(yōu)條件難控制、可能會產(chǎn)生復(fù)雜的中間產(chǎn)物等。

3 總結(jié)與展望

過硫酸鹽高級氧化技術(shù)活化機(jī)理為破壞結(jié)構(gòu)中的O-O鍵產(chǎn)生SO4·-，通過氫原子提取、加成及電子轉(zhuǎn)移等反應(yīng)達(dá)到降解有機(jī)物的目的。SO4·-氧化性強(qiáng)、降解效率高，在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前針對過硫酸鹽的活化方式主要有過渡金屬、紫外、熱、堿活化及復(fù)合活化方式，但現(xiàn)有活化方式仍存在一定局限性，且該技術(shù)的研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室階段，未來對更加高效、安全、綠色、經(jīng)濟(jì)的活化方式的探究及該技術(shù)在實(shí)際工程中的推廣運(yùn)用是重要的發(fā)展方向。