過硫酸鹽高級氧化降解水體中有機汙染物研究進展

2020-12-23 北極星環保網

過硫酸鹽高級氧化降解水體中有機汙染物研究進展

北極星水處理網訊:摘 要：基於硫酸根自由基（sulfate radical，SO4－∙）氧化原理的活化過硫酸鹽（persulfate，PS）氧化法是近年來高級氧化工藝（advanced oxidation process，AOP）的研究熱點，以經濟、高效、環境友好、安全穩定的優勢在水處理、環境保護等領域開闢了新的思路。此前，學者們發現過硫酸鹽高級氧化根據活化反應條件（如溫度、光照、pH、過渡金屬及催化劑等）的不同，會產生不同的自由基參與氧化反應，對降解結果也會產生不同程度的影響。本文根據相關自由基氧化機理，從產生硫酸根自由基的單一氧化、複雜活化體系硫酸根自由基與其他自由基複合氧化以及強化降解等方面，分析了近幾年國內外學者對過硫酸鹽降解典型有機汙染物的研究及在催化劑開發方面所做的工作，指出了許多新穎的過硫酸鹽活化手段及其降解效果與不足，並就未來的發展進行了展望，以期為過硫酸鹽氧化法未來更好地發展和應用探索出路。

隨著經濟社會的快速發展，工業生產過程中產生的各類有機廢水，對人們的健康和生存環境產生了潛在且長遠的威脅。常規的水處理技術對水中的有機汙染物去除能力有限，甚至是無能為力。高級氧化工藝（advanced oxidation process，AOP），一般具有反應速度快、處理完全、無公害、適用範圍廣等優點。這一概念由 Glaze於1987年提出，被定義為能夠產生羥基自由基（hydroxyl radical，∙OH）的氧化過程，典型代表有芬頓/類芬頓氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法、超臨界水氧化法等，但多存在一定的局限性，如能耗及試劑消耗大、降解能力有限、設備易腐蝕等。因此，環境友好、技術可行的高級氧化廢水處理技術仍是學者們的研究熱點。

近年來，基於硫酸根自由基（sulfate radical，SO4－∙）氧化原理的活化過硫酸鹽（persulfate，PS）氧化法因其經濟、高效、環境友好、安全穩定等優點，在降解有機汙染物方面得到了越來越多的研究和應用，被認為是新型高級氧化技術。PS最早是作為聚合物的引發劑而被人們所熟知的，由於其在催化條件下產生的強氧化能力而被發掘，進而應用於有機汙染物的降解。有學者研究對比了UV/過渡金屬活化HP (hydrogen peroxide，過氧化氫)/PS/PMS (peroxymonosulfate，過一硫酸鹽) 處理水中難降解有機物的效果，結果表明，以2,4-二氯苯酚 (2,4-dichlorophenol，2,4-DCP) 為目標物，紫外光（UV）活化PS的效果要明顯優於UV活化PMS/HP，說明PS的光敏性要優於PMS和HP，雖然UV/過渡金屬複合活化PS的降解效果不如HP，但這應歸因於活化HP所用Fe(Ⅲ)對UV的高效吸收利用[根據之前的研究，活化PS選用的是最優催化劑Ag(Ⅰ)]，因此活化PS產生的SO4－∙是一種氧化性極強的自由基。本文根據硫酸根自由基、羥基自由基氧化機理，歸納總結了近幾年國內外學者對過硫酸鹽降解各類有機汙染物的研究及應用，並就過硫酸鹽活化手段及其降解效果進行了分類對比分析，指出了不足，為過硫酸鹽氧化法未來更好地發展和應用探索出路。

1 硫酸根自由基（SO4－∙）氧化

1.1 鐵或鐵改性催化劑活化

1.2 紫外光（UV）活化

2 硫酸根自由基（SO4－∙）與羥基自由基（∙OH）共同作用

3 強化降解與影響研究

4 問題與展望

基於硫酸根自由基氧化原理的活化過硫酸鹽氧化法氧化能力強，能處理包括抗氧化能力極強的全氟辛酸在內的多種有機汙染物，在工業廢水（甚至是高鹽廢水）處理領域具有廣闊的應用前景。活化過硫酸鹽產生自由基的活化手段日新月異，整體呈現出新穎、細緻的特點，研製出高效、節能（降低成本）的活化手段成為核心目標，許多新研製的催化劑[如二茂鐵、MIL-53(Fe)]都具備可重用性，經多次重複利用後活化效果依然顯著，但多存在製備方法複雜、未進行成本評價的不足。大多數研究都停留在實驗研究階段，處理對象單一，評價指標參差不齊，許多研究的考察指標只是對目標物的去除，並未考慮降解產物是否有害或是否完全礦化，對實際應用的貢獻不大；同時對氧化機理的研究雖多但不夠系統，甚至常常存在截然相反的結論。因此，過硫酸鹽高級氧化法在未來還需在以下幾個方面進行深入系統的研究。

（1）開發簡單易得、高效、可重複利用的催化劑以及更經濟、高效的活化方法，降低該技術的使用成本。

（2）研究新的高級原位表徵技術和理論計算組合的方法來探索自由基的產生和反應路徑，對活化、氧化機理系統性的研究，對於不同汙染物種類、汙染體系，給出針對性的活化、氧化方法理論指導。

（3）探索並建立根據汙染物分子複雜程度、抗氧化能力強弱、完全礦化的反應路徑等條件確定氧化劑/汙染物比例的理論體系，用以指導實驗研究與實際應用。

（4）進行混合體系或實際廢水處理研究，考慮多種影響因素對氧化處理的影響，並開發配套處理工藝，推進過硫酸鹽氧化的工業化。


原標題:過硫酸鹽高級氧化降解水體中有機汙染物研究進展

投稿聯繫：0335-3030550  郵箱：huanbaowang#bjxmail.com（請將#換成@）

北極星環保網聲明：此資訊系轉載自北極星環保網合作媒體或網際網路其它網站，北極星環保網登載此文出於傳遞更多信息之目的，並不意味著贊同其觀點或證實其描述。文章內容僅供參考。

相關焦點

  • Nano: MoS2納米花壓電活化過一硫酸鹽促進水中有機汙染物降解
    （DOI：10.1039/D0EN01237H），探究了二維壓電材料MoS2 NFs壓電活化過硫酸鹽降解水中有機汙染物的反應機理，及其產生活性物種的可能的反應途徑。研究表明，MoS2 NFs能夠有效活化過硫酸鹽產生•OH和SO4•−，可以高效去除水中的酚類有機汙染物。全文速覽在基於過硫酸鹽的高級氧化法中，探索節能和高性能的方法來活化過硫酸鹽以淨化有機物，對高級氧化法處理廢水具有重要的意義。
  • 活化過硫酸鹽氧化法修復有機汙染土壤的研究進展
    最後提出了活化過硫 酸鹽應用於土壤修復領域存在的問題，並對今後的研究方向進行了展望。 關鍵詞：過硫酸鹽；氧化；活化；自由基；修復；有機汙染物隨著城市的現代化及經濟的高速發展，城市布 局和結構有了很大的調整，眾多企業和工廠的搬遷、 關停等產生的汙染場地在二次開發和再利用的過 程中，遺留的土壤汙染問題猶如一顆「定時炸彈」， 對生態環境及人群健康造成威脅。
  • 【UV Research Spotlight】第九期:基於真空紫外和常規紫外的高級氧化工藝降解痕量有機汙染物的最新綜述
    圖 片 摘 要            文 章 導 讀      近期，清華大學環境學院胡洪營教授和清華大學深圳國際研究生院王文龍助理教授在環境領域期刊《Science of The Total Environment
  • 新型催化劑可有效降解 諾氟沙星、四環素類抗生素汙染物
    新知科技日報訊 (記者吳長鋒)記者從中科院合肥研究院獲悉，該院智能所納米材料與環境檢測研究室孔令濤研究團隊，在水中抗生素氧化降解及機理研究方面取得新進展：研究人員設計並製備出氧化石墨烯負載的二氧化錳納米針及四氧化三鐵—硫納米複合材料兩種催化劑
  • 武漢大學張暉團隊系列ES&T: 碳基材料活化過硫酸鹽體系--電子轉移過程的本質及其影響機制
    、碳材料以及過硫酸鹽角度研究碳/過硫酸鹽體系氧化有機汙染物的電子轉移過程的本質，為揭示碳活化過硫酸鹽的電子轉移過程和設計高活性碳材料提供新思路。 Figure 2.碳/過硫酸鹽體系的非自由基氧化過程在實際水體處理中具有較大優勢：（i）由於1O2和carbon-persulfate*易與親電試劑發生反應，非自由基一般對富電子汙染物或細菌具有更高的選擇性；（ii）非自由基氧化過程抗水體幹擾性較強，即受水體pH、無機陰離子（HCO3−、Cl−、NO3−、SO42−和HPO42−等）和天然有機質（NOM）影響較小。
  • 北京林業大學教授研究硫酸根自由基高級氧化技術有新突破
    光明網訊 近期，北京林業大學環境科學與工程學院齊飛教授課題組在硫酸根自由基高級氧化技術研究方面取得階段性突破，其創新性科研成果得到國內外同行專家認可，相關科技論文「Sulfate radical-based photo-Fenton reaction derived by CuBi2O4 and
  • 王少彬課題組:碳催化活化過硫酸鹽-苯甲醇選擇性氧化新體系
    實驗和理論計算結果表明，碳納米管表面的親核型羰基氧和親電子型的過氧/超氧官能團為過硫酸鹽活化的主要活性位點。本文亮點1. 本研究成功的將碳材料-PMS活化體系應用於苯甲醇選擇性氧化反應中，在溫和的反應條件下得到超過80%的苯甲醛選擇性，證明了活化的PMS在選擇性氧化有機醇類反應中的可行性。
  • 天津大學林法偉ES&T:氯苯臭氧/氧氣催化氧化的對比研究及SO2氣氛的影響
    鋼鐵燒結、垃圾焚燒等煙氣中的二噁英問題已經引起廣泛重視。因此，二噁英、氯苯、二氯苯等含氯有機汙染物的脫除是研究熱點。氯苯與二噁英的關聯繫數為0.93，常被用來作為二噁英的指示物開展降解實驗研究。含氯有機物的治理技術包括冷凝、吸收、吸附、膜分離、熱化學法、光催化、生物法、等離子體等技術。相比之下，熱催化氧化法由於其多汙染物的適應性、高轉化率和礦化率等優勢最受關注。
  • 「技術交流」5000字詳解高級氧化技術
    高級氧化技術的定義：利用強氧化性的自由基來降解有機汙染物的技術，泛指反應過程有大量羥基自由基參與的化學氧化技術。其基礎在於運用催化劑、輻射，有時還與氧化劑結合，在反應中產生活性極強的自由基(一般為羥基自由基，· OH)，再通過自由基與汙染物之間的加合、取代、電子轉移等使汙染物全部或接近全部礦質化。·OH反應是高級氧化反應的根本特點。
  • 上矽所在氧化鈦基複合材料降解VOCs催化劑抗失活機制研究獲進展
    揮發性有機化合物（VOCs，如苯類及醛類）對環境和人體危害極大，VOCs在氧化性的大氣環境中成為形成PM2.5的前體物並可能產生臭氧；一定濃度的VOCs短時間即可傷害人的肝、腎、大腦和神經系統等甚至致癌。因此，如何實現大氣環境中低濃度VOCs的降解，對保障人體健康、環境安全、抑制霧霾頻發等具有重要意義。
  • 浙江大學&耶魯大學ES&T:耦合自由基降解與膜分離過程
    作者進一步耦合了自由基降解與汙染控制中常用的膜過濾過程，提升了膜分離技術對小分子汙染物的去除效率，膜上負載的單分散金屬催化劑能夠在極短的過膜時間內（～0.036秒）去除90%有機汙染物。圖文導讀要點1.
  • 這篇文章告訴你什麼是高級氧化技術
    這篇文章告訴你什麼是高級氧化技術北極星水處理網訊:高級氧化技術又稱深度氧化技術，其基礎在於運用電、光輻照、催化劑，有時還與氧化劑結合，在反應中產生活性極強的自由基(如HO•)，再通過自由基與有機化合物之間的加合、取代、電子轉移、斷鍵等，使水體中的大分子難降解有機物氧化降解成低毒或無毒的小分子物質
  • Review:基於過硫酸鹽的高級氧化——機會和障礙的嚴格評估
    ，但我再次讀這篇文獻的目的是它對單線態氧的闡述釐清我之前的一個誤區，總在潛意識裡以為單線態氧的氧化能力很強很強...先上文章信息：與有機和無機化合物反應的表觀二級速率常數（M–1 s–1）方面比較選定的氧化劑（即臭氧、單線態氧、硫酸根和羥基）展望迄今為止進行的過硫酸鹽研究偏向於開發新的活化策略，通常涉及過於複雜的材料，而沒有仔細考慮其在現實世界中的應用潛力。
  • 幾種主流的高級氧化技術原理及優缺點!
    北極星水處理網訊:高級氧化工藝（Advanced Oxidation Processes,簡稱AOPS）是20世紀80年代開始形成的處理有毒汙染物技術，它的特點是通過反應產生羥基自由基（·OH），該自由基具有極強的氧化性，通過自由基反應能夠將有機汙染物有效的分解，甚至徹底的轉化為無害的無機物，如二氧化碳和水等。
  • 21種汙水處理中常見汙染物的來源及處理方法!
    易降解有機物利用生化法就可以去除，有推流式活性汙泥法(例如曝氣池)，序批式活性汙泥法(例如SBR、CASS工藝)、生物膜或者MBR等。2、難生物降解有機物難生物降解有機物指的是不能被未馴化的活性汙泥所降解，而經過一定時間馴化後能在某種程度上降解的有機化合物。
  • 精髓|21種常見汙染物及處理方法
    廢水中的一些有毒大分子有機物如有機氯化物、有機磷農藥、有機重金屬化合物、芳香族為代表的多環及其他長鏈有機化合物都屬於難以被微生物降解的有機物。還有一些有機化合物根本不能被微生物降解可稱為惰性有機物。因此對含有這類有機物的廢水應採取培養特種微生物等形式對其進行單獨處理或對其採用厭氧等特殊工藝處理使其部分CODCr轉化為BOD5、提高可生化性然後再混合其他汙水一起進行二級生物處理。
  • 鐵碳微電解聯合過硫酸鹽深度處理造紙廢水的研究
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】北極星水處理網訊:用鐵碳微電解聯合過硫酸鹽深度處理造紙廢水，考察了反應時間、初始pH、鐵碳質量比、鐵碳總投加量、過硫酸鹽（PS）投加量等因素對處理效果的影響，並對不同體系下的廢水處理效果進行比較。
  • 【視點】山東建築大學羅從偉課題組:紫外光解硝酸鹽降解剛果紅效能及機理研究
    ，一方面，豐富天然有機質相關的研究領域，尤其是NOM對汙染物光降解影響的研究領域；另一方面，希望該團隊的研究成果能給關注者啟發，從中獲得靈感，促進天然有機質研究工作的開展。染料廢水作為一種典型的有機汙染物，據估計每年有超過280000噸染料廢水未經完善處理即排放到天然水體中，其中偶氮染料的排放量佔總排放量的半數以上。本研究採用UV/NO3-體系去除典型偶氮染料剛果紅，發現該體系相較於單獨UV降解剛果紅在去除率方面有了明顯的提升。
  • 功能納米材料在重金屬汙染水體修復中的應用研究進展
    功能納米材料在重金屬汙染水體修復中的應用研究進展北極星環境修復網訊:摘要：重金屬汙染對水體生態和人體健康會造成嚴重危害，通過納米材料來去除重金屬是一個簡單便捷的方法，受到了廣泛的關注以及研究。本文主要綜述了納米零價鐵、鐵氧化物、硫化鐵、碳納米管、石墨烯、錳氧化物、鋁氧化物、二氧化鈦、聚合物納米材料和殼聚糖納米材料等幾種納米材料對水中重金屬汙染修復研究進展。對它們去除重金屬的機理也進行了探討，納米材料對重金屬的去除機理主要包括物理吸附、化學吸附、氧化還原、光催化還原以及共沉澱等。並通過表格的形式對它們的優缺點、機理以及改進方法進行了總結歸納。
  • 光催化與生物降解直接耦合技術處理廢水的機制、進展和環境應用
    以光催化氧化技術為代表的高級氧化(AOPs)技術作用快，但其依賴自由基反應的無選擇性降解會導致一系列過度氧化問題。傳統技術難以在同一反應器中進行光催化反應和生物處理的原因主要是由於光催化反應快速且無選擇性，因此很難將光催化反應的產物控制在可生物降解的範疇。本工作綜述了ICPB技術，該技術允許光催化反應和生物降解同時發生，不僅可以去除難降解汙染物，而且還提高了礦化效率並降低了運行成本。