活化過硫酸鹽高級氧化技術研究進展

高卉

（西南交通大學地球科學與環境工程學院，四川 成都 611756）

引言

在一定的活化條件下，過硫酸鹽能夠產生出羥基自由基以及硫酸根自由基，并且由于其氧化性的十分強烈，理論上可以去除絕大部分的有機物[1]。目前實際應用過程中，常用的一些過硫酸鹽有過二硫酸鹽（S2O82-）和過一硫酸鹽（HSO5-），前者是應用最為廣泛的，也是一種在高級氧化技術中得到了十分廣泛的應用的氧化劑。對比其他的氧化劑來說，它有獨特的優點，如反應速率較快、二次污染小、經濟效益好等。不僅如此，活化過硫酸鹽高級氧化技術在被污染的土壤修復、地下水的修復處理等污染修復的領域有著十分廣闊的前景。目前，活化過硫酸鹽高級氧化技術有多種形式，包括：光、過渡金屬離子、熱、光、無機陰離子、堿活化和活性炭活化等多種形式。

1 過硫酸鹽活化方式

1.1 光活化

20 世紀50 年代，Tsao M S[2]等就已開展對紫外（UV）活化過硫酸鹽的研究。光活化技術機理如下：

有關的研究表明，200～280nm 波長的紫外光可以有效活化過硫酸鹽（PS）產生SO4-,最常用的波長為254nm[3]。張恒[4]等采用UV-254nm 活化過硫酸鹽降解麻黃堿（EPH），UV-254nm 活化過硫酸鹽工藝可以在實驗條件下的EPH 去除中發揮極大作用。其氧化降解反應符合二級動力學方程。隨著PS 投加量的增加，EPH 的去除率也會隨之增大。郭佑羅[5]等采用UV-PS 降解水中雙氯芬酸鈉，Allen[6]等采用UV-PS 降解水體中的氨基苯甲酸（PABA）,研究表明，對水中的雙氯芬酸鈉與PABA 的降解速率隨著PS 的投加量的增加快速增大。

眾多研究結果均表明，UV-PS 與傳統高級氧化技術相比，操作簡單，對污染物的去除效率更高。

1.2 熱活化

熱活化法的過程，主要是因為溫度的升高，使得S2O82-的O-O鍵發生斷裂，形成2個SO4-[7]，其機理如下：

熱活化的過硫酸鹽過程，主要是受到了過硫酸鹽濃度、溫度、pH 值和離子強度等因素的影響。王曉曉[8-9]等采用熱活化過硫酸鹽氧化降解水體中的泛影酸鈉和普萘洛爾(PRO)，研究表明遵循一級反應動力學規律。但也并非全部如此，Hori H[10]等，他們在運用過硫酸鹽去分解全氟辛酸（PFOA）的時候發現，在反應溫度為80℃時，PFOA 的降解速率會比150℃更高。所以熱活化法一定要在最佳的溫度下才能取得更好的效率。微波活化則是熱活化的一種演變。張磊[11]等研究發現當丁基黃藥質量濃度為150mg/L，過硫酸鉀質量濃度為10mmol/L，微波功率為250W 時，丁基黃藥的降解率在反應時間為13min 時可以達到92.75%。

1.3 過渡金屬活化

過渡金屬活化的機理如下：

在常溫下，常見的Fe2+、Mn2+、Co2+、Cu2+等過渡金屬離子就能夠活化過硫酸鹽產生SO4-·。Anipstakis等[12]綜合比較了9種金屬離子,結果發現Ag+活化過S2O82-效果最佳。王鴻賓[13]等研究了對于水中雙氯芬酸鈉(DCF)的降解過程中Fe2+活化過硫酸鹽(PS)的去除過程，結果表明，除pH 的影響外，當摩爾比為1∶1 時，DCF 的降解效率達到最佳，過量則會產生抑制作用。趙玉鈺[14]等研究表明Fe2+活化過硫酸鹽降解喹啉產生了含有羰基、羧基、羥基和胺基等中間產物，喹啉未被完全礦化。

2 展望

在上述的幾種過硫酸鹽活化技術中，熱活化遵循反應動力學規律，最佳活化溫度還需要進一步探尋；UV 活化和過渡金屬活化受pH 值影響大，且易隨著污水成分的不同產生副產物，提高二次污染的風險。此外還有電活化、堿活化、碳基材料活化、氧化劑活化等方式。需要注意的是目前所做的實驗研究大多局限為單一污染物的降解，實際應用中污水成分復雜，還需開展更多的實驗研究，探尋更高效清潔且經濟效益高的過硫酸鹽高級氧化技術。