過硫酸鹽高級氧化技術活化方式及機理的研究進展

◇安徽理工大學地球與環境學院 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因快速高效、活化方式多樣、穩定性強等特點在有機廢水處理領域呈現極好的發展態勢。本文對基于過硫酸鹽高級氧化技術的不同活化方式及其作用機理和存在問題進行了簡要概述，并對未來研究方向進行了展望。

1 概述

為解決廢水中有機物含量逐漸增加的問題，高級氧化技術得到廣泛應用。高級氧化技術通過產生的強氧化性自由基破壞有機物結構，將其分解為小分子物質或直接礦化以達到有機物降解的目的[1]。常見的高級氧化技術有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，過硫酸鹽氧化技術因具有穩定性強、pH適應范圍廣、無二次污染、快速高效等優點而得到廣泛研究[3]。

基于過硫酸鹽的高級氧化過程可以產生硫酸根自由基（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-·有更強的氧化能力，可以有效降解廢水中大多數有機物[4]。除此之外，SO4-·在堿性和中性環境中有更強的活性，相較于OH·對pH的適應范圍更廣[5]。SO4-·對有機物的降解主要通過氫原子提取、加成及電子轉移等方式進行，有機物的種類不同，SO4-·與有機物的反應方式也不相同，如與醇、醚、酯、烷烴等主要通過氫原子提取與這類飽和有機化合物反應，而與烯烴類化合物則主要通過加成反應[6]。

2 過硫酸鹽高級氧化技術

過硫酸鹽結構中的O-O鍵在常溫下較穩定、反應速率較低，因此在單獨使用過硫酸鹽氧化降解有機物時處理效果較差，對過硫酸鹽體系進行活化后O-O鍵斷裂產生具有更高電位的SO4-·，SO4-·的氧化能力更強，可以提高對有機物的降解效率[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、過渡金屬和炭質材料等[8]，不同活化方式對過硫酸鹽體系的作用機理不同，產生的自由基類別也不相同，表1總結了各活化方式的主要機理及特點。

表1 不同活化方式的作用機理及特點

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，增加后續處理成本，為彌補單一方式活化PS存在的缺陷，國內外學者嘗試將單一活化方式聯合使用協同處理有機污染物。一般而言，復合活化方式對污染物的去除效果優于單一活化方式[10]，但復合活化方式仍存在一定局限性，如影響因素較多導致最優條件難控制、可能會產生復雜的中間產物等。

3 總結與展望

過硫酸鹽高級氧化技術活化機理為破壞結構中的O-O鍵產生SO4·-，通過氫原子提取、加成及電子轉移等反應達到降解有機物的目的。SO4·-氧化性強、降解效率高，在有機廢水處理領域得到廣泛應用。目前針對過硫酸鹽的活化方式主要有過渡金屬、紫外、熱、堿活化及復合活化方式，但現有活化方式仍存在一定局限性，且該技術的研究主要集中在實驗室階段，未來對更加高效、安全、綠色、經濟的活化方式的探究及該技術在實際工程中的推廣運用是重要的發展方向。