活化过一硫酸盐技术降解环境有机污染物的研究进展

高级氧化技术是一种以产生羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO₄?·)来降解环境有机污染物的技术. 近年来,通过活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate, PMS)而产生SO₄?·的高级氧化技术受到了广泛关注. 与基于·OH的传统高级氧化技术相比,基于SO₄?·的高级氧化技术具有氧化还原电位高、半衰期长、适用pH范围广和对污染物反应快速等优点. 本文从活化PMS方法的特点和性质出发,对目前活化PMS技术降解环境有机污染物的主要方法和活化机理进行了论述,活化方法包括过渡金属活化(均相和非均相)、碳质材料活化、碱性活化、热活化、辐射活化、电解活化等,活化PMS的机制是通过活化方法使其分子结构中的O—O键发生断裂,从而使PMS分解形成SO₄?·或其他的活性物质. 此外,分析了活化PMS降解环境有机污染物的主要影响因素,其中影响均相系统PMS活化的因素包括过渡金属剂量、pH和水中阴离子等,过量的PMS和过渡金属可能成为SO₄?·的抑制剂,pH不仅对氧化剂分解产生自由基起着关键作用,还影响过渡金属种类的形成及其与氧化剂反应的有效性,而水中阴离子会与有机化合物竞争和SO₄?·发生反应. 最后,提出未来研究重点应在开发稳定高效活化PMS的金属氧化物、碳质材料,以及使用多种处理技术协同作用上,同时应加强对活化PMS技术降解有机污染物体系的降解产物和毒性分析的研究.      

生物炭基材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的研究进展

水体中难降解有机物对人体和生态环境存在潜在威胁,开发高效、环保和低成本的催化体系对修复此类废水具有重要意义.生物炭基材料-过硫酸盐高级氧化体系在污水处理领域有广阔的应用前景,为了进一步明确生物炭基材料活化PMS(过一硫酸盐)降解有机污染物的性能及微观机制,综述了生物炭、(非)金属元素掺杂生物炭和金属氧化物-生物炭复合材料3种典型生物炭基材料活化PMS降解有机污染物的催化活性及界面反应机制.结果表明:生物炭基材料表面催化位点(如含氧官能团、缺陷、持久性自由基、金属原子等)可通过自由基或非自由基方式促进PMS活化,进而促进SO₄-·(硫酸根自由基)、·OH(羟基自由基)和O₂-·(超氧自由基)等活性物种的产生,最终增加相应体系的催化活性;使用(非)金属元素掺杂或者负载金属(氧化物)能够显著改变生物炭电荷分布和活性位点,进而增加生物炭基材料的催化活性.但目前的研究仍存在一些不足,如多种活性位点在生物炭基材料活化PMS过程中的协同作用机制尚不明确,杂原子共掺杂生物炭或生物炭负载单原子催化剂在PMS体系中的催化活性及机制、自由基/非自由基方式的协同作用机制也兹待研究.此外,污染物自身结构特性对生物炭基材料催化活性的影响机制也有待进一步探讨.      

赤泥活化过一硫酸盐降解环丙沙星:性能和机制

为提高赤泥的综合利用及抗生素有机废水的深度处理,以赤泥(red mud,RM)为催化剂、环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)为目标污染物,系统研究了RM活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)降解CIP的效果和机制.结果表明,含有Fe、Al和Ca等金属氧化物,具有较大比表面积(10.96 m²·g^-1)和复杂孔道结构的RM能够有效增强PMS对CIP的降解速率和效果.自由基捕获剂甲醇、叔丁醇和苯酚的抑制实验结果进一步说明,体系产生的SO^-₄·和HO·在RM表面与CIP发生氧化反应.温度、PMS浓度和RM投加量影响CIP的降解.温度升高反应速度加快,反应活化能为5.74 kJ·mol^-1; PMS浓度增加,体系产生更多SO^-₄·和HO·,CIP的降解率升高; RM存在最佳投加量1.0 g·L^-1. HPLC/MS/MS共检测到8种降解产物,CIP分子中的哌嗪环易受活性物质进攻,CIP主要...     

铁基材料活化过硫酸盐降解水中抗生素的研究进展

抗生素广泛应用于医药和养殖行业,排入水体中的抗生素严重威胁了生态安全和人体健康.目前,常规污水处理过程对抗生素降解效率较低,基于硫酸根自由基(SO₄^·-)的高级氧化技术逐渐成为水处理领域的研究热点之一.铁基材料廉价易得,在活化过硫酸盐（PS）降解水中抗生素领域展现出一定的应用前景.本文重点综述了几种典型铁基材料在活化PS降解水中抗生素的研究进展,分析了pH、重复使用性等影响铁基材料实际处理效果的因素,并对铁基材料活化PS的发展前景进行了展望,旨在为拓展铁基材料环境应用和阐明PS活化机制提供重要参考.结果表明:铁（氢）氧化物、零价铁（ZVI）和铁硫化物等铁基材料活化PS产生的SO₄^·-和羟基自由基（HO·）对抗生素降解起关键作用.与传统铁基材料相比,复合型铁基材料表现出更加优异的催化性能和稳定性.此外,高价铁和单线态氧也被证明对铁基体系催化降解抗生素起重要作用.现阶段缺乏考察铁基材料/PS体系降解实际水体中抗生素性能和机理的研究;同时,单原子铁催化剂等新型铁基材料活化PS降解抗生素的性能及机制也有待进...     

紫外活化过硫酸盐降解水中三氯蔗糖动力学和机制

以新兴污染物人工甜味剂三氯蔗糖(SUC)为对象,研究紫外活化过硫酸盐(UV/PS)对其的降解效果.考察UV光强、PS投加量、溶液初始pH值和阴离子浓度等因素的影响,解析UV/PS降解SUC过程中的降解产物并评估其生态毒性.结果表明,对比单一UV和单一PS,UV/PS降解SUC效果更为明显,SUC降解反应速率常数随光强、PS投加量增加而增大,中性条件更有利于SUC降解,背景离子NO^-₃和HCO^-₃对UV/PS降解SUC有一定的抑制作用,而Cl^-和SO₄ ^2-促进降解过程.基于高分辨质谱HRMS和GC-MS解析出16种中间产物,降解过程主要涉及羟基化、氧化和醚裂解等反应.发光细菌毒性实验和ECOSAR预测结果表明,UV/PS降解SUC过程中会产生毒性高于母物质的中间产物,对生态环境存在潜在威胁.     

氧基氯化铁非均相活化过一硫酸盐降解金橙Ⅱ

采用部分热分解法制备了氧基氯化铁（FeOCl）,用于活化过一硫酸盐（PMS）降解难降解偶氮染料金橙Ⅱ（AO7）.利用X射线光电子能谱分析（XPS）、扫描电镜（SEM）和X射线衍射光谱（XRD）对其进行了表征;通过实验评估FeOCl/PMS体系对AO7的降解效果并分析了影响AO7去除率的各种因素.结果表明：FeOCl活化PMS降解AO7效果良好,矿化率达44%.在中性条件下,当FeOCl投加量50mg/L、PMS浓度1.0mmol/L、AO7浓度0.05mmol/L时,AO7可在30min内完全降解.随PMS投加量、FeOCl投加量、Cl^-浓度和反应初始pH值的增大,AO7的脱色效果提高.FeOCl还具有良好的重复利用性.此外,通过自由基淬灭实验、EPR测试和XPS分析了反应的主要活性物种和反应机理：由PMS活化产生的SO₄^-·和·OH对污染物进行降解,其中主要活性物种为SO₄^-·.     

应用铁铜双金属有机骨架活化过硫酸盐催化剂去除水中有机污染物的研究

基于MIL-101(Fe)的合成方法,首次采用合成前金属掺杂法制备了双金属有机骨架MIL-101(Fe,Cu)催化剂,并利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对催化剂进行表征.同时,以罗丹明B(Rh B)为目标降解物,研究此催化剂催化过硫酸盐降解Rh B的性能,并初步尝试将催化剂应用于邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的催化降解.XRD、FTIR、SEM和EDS等分析结果表明,铜离子的掺杂导致MIL-101(Fe)的结构与形貌发生了改变,提高了对污染物的吸附和催化降解作用.相比MIL-101(Fe),在90 min时MIL-101(Fe,Cu)对Rh B的去除率达到95%,在180 min时对DBP的去除率达到68%.此外,分析了催化剂催化性能提高的原因:配位竞争导致铁离子的不饱和趋向;形貌的变化加强了对污染物的吸附作用.     

碱活化过一硫酸盐降解水中环丙沙星

采用碱活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)对环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的去除进行了系统地研究.结果表明,碱活化PMS体系能够高效地去除CIP.通过自由基捕获实验确定了单线态氧(~1O_2)和超氧自由基(O_2~-·)是反应体系中的主要活性物种.NaOH浓度、PMS浓度、反应温度和共存阴离子等对CIP在碱活化PMS体系中的去除均有一定影响.随着NaOH和PMS浓度的增加,CIP的降解均呈现出先增加后降低的趋势.提高反应温度能够加大CIP的反应速率,经过阿伦尼乌斯方程拟合得到的反应活化能为5.09 k J·mol~(-1).不同的阴离子对CIP的去除呈现不同的影响:Cl~-、SO_4~(2-)和NO_3~-对CIP的降解没有呈现明显的作用,H_2PO_4~(2-)能够有效地抑制环丙沙星的去除,而CO_3~(2-)极大地促进了反应进程.通过UPLC-MS/MS可检测到10种降解产物,CIP分子结构中的哌嗪环易于受到活性物种的攻击.     

超声复合铁碳活化过硫酸盐处理有机废水

通过搭建超声复合铁碳活化过硫酸盐耦合系统（US/PS/Fe-C）,用于处理三苯甲烷衍生物结晶紫（CV）.结果表明US/PS/Fe-C三元体系具有良好的耦合效果.对商品铁碳和自制的不同工艺铁碳活化剂,分别采用X-射线衍射仪和扫描电子显微镜对活化剂的结构和表面形貌进行分析.使用商品铁碳作为活化剂研究不同因素对US/PS/Fe-C三元耦合体系降解CV的影响,其最优条件为：PDS浓度2 mmol ·L^-1,铁碳活化剂1 g ·L^-1,pH未调,30 min后对质量浓度为15 mg ·L^-1CV的去除率达90%.探究阴阳离子对于体系的影响,发现Mg²⁺和NO^3-对体系处理几乎没有影响,Mn²⁺、Cl^-和CO₃^2-对于体系的处理有一定的抑制作用,Fe²⁺在低浓度时可以促进反应,在高浓度时会抑制反应.通过加入不同的淬灭剂,得出在该体系中主要含有¹O₂、SO₄^- ·、·O₂^-和·OH这4种活性物质.     

硫化亚铁活化过一硫酸盐降解碘帕醇：表面反应机理及途径解析

构建了非均相FeS/过一硫酸盐(PMS)体系,并与均相Fe(Ⅱ)/PMS体系对比降解非离子型碘代X射线造影剂—碘帕醇(Iopamidol,IPM)的效果.通过自由基淬灭、电子顺磁共振(EPR)和FeS反应前后的X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外(FTIR)等表征,探究了FeS活化PMS降解IPM的机理.同时,通过密度泛函计算(DFT)、HPLC/MS/MS解析IPM的中间产物及降解途径,对IPM降解过程中碘代消毒副产物—碘仿(CHI₃)的生成量进行分析,并进一步采用生态结构活性软件(ECOSAR)预测IPM及中间产物的生态毒性变化.最后考察了初始pH、HCO₃^-、Cl^-和腐殖酸(HA)对体系降解IPM的影响.结果表明,FeS/PMS体系非均相降解IPM的主要活性物种是SO₄^·-、·OH和¹O₂,而Fe()/PMS体系主要是SO₄^·-、·OH,F...     

光催化氧化降解水中有机污染物技术综述

光催化降解水中有机污染物技术正受到越来越多的关注。文章综合介绍了该技术在国内外的研究现状，包括光催化降解机理、反应动力学及反应器类型、光催化降解的催化剂、工艺组合等。并提出该技术的进一步研究方向。     

SBR法运行控制工艺研究进展

SBR法是一种具有独特的优点的废水生物处理工艺，但至今还没有一套公认的运行控制工艺，本文从SBR法的启动，充水时间及反应时间的确定，模糊控制，目标控制操作等几方面对SBR工艺的运行控制做了评述，并对其今后的研究方向做了展望。     

超声降解水体中有机污染物技术综述

超声降解水体中有机污染物技术正受到越来越多的关注。文章综合介绍了该技术的国内外研究现状，包括超声空化机理，声化学反应器类型，有机物降解效果的超声降解工艺。     

铁基双金属催化剂活化过硫酸盐去除水中抗生素研究进展

近年来,抗生素残留物在多种水体中被普遍检出,对水生态环境和人类健康造成严重威胁.基于活化过硫酸盐高级氧化作用去除水中抗生素污染物,以其氧化性强、选择性高和pH适用范围宽等特点成为研究热点.低成本、高稳定性和催化性能优异的铁基双金属材料能有效活化过硫酸盐,它弥补了单一铁元素活化剂易失活、效率低和容易产生二次污染等缺陷.针对尖晶石铁氧体、铁基层状双金属氢氧化物和铁基普鲁士蓝类似物3种典型铁基双金属催化剂,开展其活化过硫酸盐降解抗生素的研究分析,系统讨论了铁基双金属活化过硫酸盐的几种内在驱动机制,并分别对自由基、单线态氧和高价金属的产生,电子转移和过硫酸盐直接氧化过程进行了梳理.最后,总结了活化过硫酸盐技术处理氟喹诺酮类、磺胺类、四环素类与β-内酰胺类抗生素等4种典型抗生素的一般降解途径,为今后研究铁基双金属催化剂及其改性、衍生物和复合物等在活化过硫酸盐技术中的应用提供参考.     

水体中有机污染物自然降解研究进展

水体中有机污染物的自然降解是影响污染物在环境中归趋过程的一个重要机制,一直是环境界研究的重点。归纳了水体中有机污染物自然降解的研究现状和研究方法,并以生物降解和光降解为例,指出目前在自然降解实验研究设计方面值得关注的一些问题。     

水体有机污染生物监测的研究进展

文章综述了有机污染物对环境污染的现状和对人类造成的危害,以及利用生物对水体中有机污染物(特别是持久性有机污染物)进行监测的研究现状,并展望了生物监测技术的发展前景.     

天然有机物活化过硫酸盐降解土壤有机污染物效果

采用模拟装置研究了不同大分子物质(多聚糖、腐殖酸、柠檬酸)联合亚铁离子和不同糖类(单聚糖、双聚糖、多聚糖)活化过硫酸盐氧化降解土壤中石油烃、多环芳烃的氧化效果和机制.结果表明,不同活化过硫酸盐对总石油烃和多环芳烃的降解效果依次为:腐殖酸联合亚铁离子多糖柠檬酸螯合铁多糖加亚铁离子双糖单糖CK对照组.其中,腐殖酸联合亚铁离子活化过硫酸盐对两种污染物的去除效率最高,分别达79.21%和79.89%,处理后土壤中石油烃的反弹含量最小,氧化效果最稳定.此外,腐殖酸联合亚铁离子和多糖活化过硫酸盐对难降解的高环多环芳烃均能实现很好的去除效果,降解效率分别达77.96%和84.37%,相比其他处理提高了14.37%~59.10%和20.78%~65.51%.腐殖酸联合亚铁离子活化处理后土壤氧化还原电位(Eh)最高(618~676 m V),多糖处理次之,表明大分子材料活化过硫酸盐的氧化性能最好,能高效去除土壤中有机污染物.