过硫酸盐活化高级氧化新技术.docx

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1、过硫酸盐活化高级氧化新技术目录前言11 .过硫酸盐活化的基本特征与反应机理21. 1.基本特征22. 2.反应机理22 .污水处理技术与发展现状23 .过硫酸盐活化高级氧化技术在污水处理中的应用33.1. 热活化方式33.2. UV活化方式33.3. 过渡金属活化方式43.4. 活性炭活化方式43.5. 其他活化方式44 .过硫酸盐活化基本原理55 .过硫酸盐活化新技术在环境污染治理中的应用56 .马军院士团队揭示了过硫酸盐高级氧化体系中非自由基反应的本质57 .总结7前言随着我国国民经济的发展以及科学技术水平的提升，国内污水处理工作，特别是过硫酸盐活化高级氧化技术在其中的应用，得到了社会各界

2、的高度重视。在现代化的城市建设与工业发展过程中，污水处理工作若不能得到有效地管理和控制，最终会对我国的城市化和社会主义和谐社会的建设与发展，产生不良的影响。如何在现代化建设中，合理应用过硫酸盐活化高级氧化技术进行污水处理显得尤为重要。过硫酸盐包括过一硫酸盐和过二硫酸盐，通常情况下（包括本文）是指后者。过硫酸盐（M2S2O8，M=Na.K、NHJ是一类常见氧化剂，主要有钠盐、钾盐和钱盐，在诸多领域已有广泛应用。早在20世纪。十年代，过硫酸盐开始作为干洗漂白剂得以应用；到50年代应用于聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和氯丁橡胶等有机合成中的单体聚合引发剂；70年代被用作印刷电路板及金属表面处理微蚀剂

3、，用于金属表面的清洁。目前，过硫酸盐已被应用在纺织、食品、照相、蓄电池、油脂、石油开采和化妆品等诸多行业。1 .过硫酸盐活化的基本特征与反应机理1. 1.基本特征过硫酸盐活化具有的基本特征，具有以下特点：Fe?+的浓度变化，会对SO的是否存在，产生十分明显的影响。当前者的总量较小时，后者的反应速度会明显降低，进而会对水体大众的污染物去除效果，产生影响。此外，当前者的总量增加时，去除率会呈现出先增加后减少的特征。此时二者发生竞争性的反应，会催化S0的产生，同时也会使其被大量地消耗，最终造成新的污染。2. 2.反应机理在实际的反应过程中，还会受到干扰离子较为明显的影响。在地下水或者污水当中，有大量

4、的0H-,C1-,以及COr等多种不同类型的干扰离子。上述类型的离子，最终会消耗大量的S0,最终降低与污染物之间的作用，能够对水体中的污染物，产生较为明显的清除出效果。在过硫酸盐活化的过程中，大部分的情况，都需要较高的能耗。只有在能耗高的情况下，才能使S0快速地产生。此种情况下，会相应地提高污水处理的成本。因此，在实际的工作中，要探寻出能够提高处理效果，同时又可以节约处理成本的方法，推动污水处理事业全面向前发展。表1过破酸盐活化特征特征内容标准氧化电位E0=2.53.1V辄化原理泾基自由基、稳定性强适用范围在任何条件下均适用选择性可以氧化羟基不能辄化的污染物、无选择性铳化降解有机物2 .污水处

5、理技术与发展现状当前，我国在对生产和生活污水进行无害化处理的过程中，应用的污水处理方式，对于水体中含有的有机有害物质，难以进行集中处理。传统的污水处理技术，对于预处理或者深度处理，具有较好的效果，但是对于无害化处理等方面，仍有一段很长的路要走。同时，在设计和研发新型的污水处理技术之时，技术应用的成本问题，也需要得到相关领域工作人员的重视。比如，应用“PS高级氧化离子沉淀”的工艺处理模式，可以对A07的染料废水进行处理。将PS、Fe2+A07的摩尔比，控制在30：20：8时，能够使各项原料的利用率达到最佳，进而降低污水处理的成本费用。但是，在此种情况下，COD的去除率为65%左右，还未能达到最佳

6、的污水处理效果。对此，相关领域的工作人员，将污水处理实验环境的条件，进行了重新安排，在理想的状态下，可以是COD的去除率差超过95%o3 .过硫酸盐活化高级氧化技术在污水处理中的应用3.1. 热活化方式过硫酸盐活化当中的热活化，主要是通过加热的方式，提高内部的温度，为分析提供活化的能量，进而使其断裂产生硫酸根自由基。在实际的操作中，反应式为：S202S0;在应用此种方法进行污水处理的过程中，主要是通过对硫酸根高级氧化同步反应的方式，对污水当中难以溶解的有机物以及氨氮进行处理。在这一过程中，热活化反应会受到温度、PH值以及过硫酸盐的用量等三个因素的共同影响。为了更进一步地探究三组变量对于热活化反

7、应所产生的影响，可以采取对照实验的方法，控制不同的变量，对最终得到的结果进行比对。3.2.UV活化方式UV活化方法，主要是利用紫外线阳光的照射下，过硫酸盐会发生活化分解的特征，将1摩尔的过硫酸根与2摩尔的硫酸根自由基相互搭配，可以得到波长范围较广的分解材料。在紫外线广的照射下，过硫酸盐的活性会被激发，进而降解出苯酚。通过实验的方式，可以发现此种方法能够充分地降解苯酚。并在波长为254nm的情况下，可以将过硫酸盐当中的三氯苯甲醛进行分解。经过分析可以看出，此种活化方法，在实际的应用中，能够被有效地应用到药物、PPCPS以及藻类等物质的降解当中。将水体的PH值达到9时，污染物的去除效果可以达到90

8、%。同时，经过实验还可以发现，PH值越高，水体当中附着的污染物处理效果便越好。3.3.过渡金属活化方式过硫酸盐在实际的应用中，不仅可以作为氧化反应的促进剂，同时还可以在光解的情况下，获取反应中产生的so1比如，利用过渡金属催化的方式，产生过硫酸盐和单过硫酸氢盐。在反应体系当中，不需要通过外界加热的方式进行。在常温状态下，可以通过单电子还原的方法，生成过渡态的C02+,反应公式为：S2O-+Mn2+=SOJ+SOJ+(Mn+)+通过将不同的催化剂在实际的反应中所产生的效果进行对比之后，可以了解到不同物质对于污水处理中，有机物的降解所产生的不同影响。3.4.活性炭活化方式活性炭是一种较好的催化剂和

9、吸附剂，在现代化的污水处理工作中，该项材料已经被同过氧化物一起，被广泛地应用到了环境污染的治理工作当中。通过对相关领域的研究结果进行分析，可以看出该项材料在实际对于应用中，能够激活过硫酸盐当中的强氧化自由基。例如，在实际的操作中，可以利用活性炭颗粒，对污水当中的污染物质进行吸附处理。通过对反应进行分析和探究可以看出，在实际的应用中，该项工作比较容易进行。此外，还可以利用活性炭炭化PS的方法，对污水当中存在的有机物偶氮燃料等难以降解的原料进行降解。在此基础上，还可以进一步比较与分析，活性炭与不同材料搭配使用的所产生的具体效果。经过相关领域专家学者的验证可以看出，活性炭能够激活PS,并且可以有效地

10、降解污水中的A07污染源。3.5.其他活化方式除了上述几种方法之外，在污水处理环节中，过硫酸盐活化高级氧化处理技术，还表现为碱活化、复合活化、超声活化以及碳纳米管活化等几种形式。在实际的应用中，工作人员可以根据不同的污水处理需求，采取相应的污水处理方法。通过此种方式，可以更进一步地对有机物进行优化处理。比如，针对比表面积较大的污染物，可以利用碳纳米管活化方式，此种方法不会对环境造成二次污染，因此具有较好的应用效果。除此之外，活化过硫酸盐高级氧化法，已经逐渐得到了相关领域的高度重视。在实验验证和实际的应用中，均有较好的表现。利用双氧化剂、过渡金属、电化学等方式的复合氧化方法，也已经在相关领域得到

11、了推广与落实。将电化学与活化过硫酸盐高级氧化法相互结合，在实验的前8分钟的处理中，脱色率就能够达到97%,因此对于污水中的燃料附着物，具有较好的清理效果。4 .过硫酸盐活化基本原理过硫酸盐在水中电离产生过硫酸根离子S2O2-8,其标准氧化还原电位EO+2101V(vs.NHE),接近于臭氧(EO二+2107V),大于高镭酸根(E0=+1168V,)和过氧化氢(E0=+1170V)(式14)。其分子中含有过氧基(一0一0)，是一类较强的氧化剂。钢铁分析中锌含量的测定就是利用了S2O28在Ag+催化下将Mn2+氧化成MnO-4的原理。5 .过硫酸盐活化新技术在环境污染治理中的应用实际上过硫酸盐活化

12、高级氧化早已应用于环境水质参数分析中，且相关技术已较成熟。过硫酸盐消解是总氮TN、总磷TP测定的一种常见方法，其原理是利用在60以上水溶液中过硫酸盐及其活化后产生自由基的强氧化性，大部分有机氮化合物及氨氮、亚硝酸盐氮被氧化成硝酸盐。燃烧氧化和湿法化学氧化是两种基本的总有机碳TOC分析方法，使用广泛的湿法化学氧化法是紫外裂解过硫酸盐(UVn过硫酸盐)氧化和加热的过硫酸盐(Ioocn过硫酸盐)氧化，将有机碳转化为二氧化碳后再进行分析。蛋白质等生物大分子的快速降解显示T过硫酸盐活化的强氧化能力。6 .马军院士团队揭示了过硫酸盐高级氧化体系中非自由基反应的本质近2023-11-10,哈尔滨工业大学马军

13、院士团队在环境科学与工程领域顶级期刊环境科学与技术(EnVironmentaISCienCe&Techno1Ogy)连续发表了题为持久性自由基作为氮掺杂碳活化过一硫酸盐进行非自由基途径降解污染物的关键亚稳态中间体(IdentifyingthePersistentFreeRadica1s(PFRs)FormedasCrucia1Metastab1eIntermediatesduringPeroxymonosu1fate(PMS)ActivationbyN-DopedCarbonaceousMateriaIS)和氧空位诱导的非自由基路径降解有机物：氧气在FeCo1DH/过一硫酸盐体系中的触发作用(

14、OxygenVacancy-InducedNonradica1DegradationofOrganics：Critica1TriggerofOxygen(O2inFe-Co1DH/Peroxymonosu1fateSystem)的研究论文，揭示了新型非自由基路径在基于过硫酸盐的高级氧化体系中的本质和关键作用。过硫酸盐高级氧化技术由于其反应速度快、适用范围广、去除能力强等优势，在水处理领域受到广泛关注。但由于过硫酸盐结构的复杂性以及催化剂的多样性，该氧化体系的除污染机理一直是该领域的研究热点。此前该过程一直被认为是通过过氧键断裂生成硫酸根自由基、羟基自由基、单线态氧等活性氧物种来实现。近年来，随

15、着研究的深入，单电子转移主导的非自由基氧化过程在该体系中逐渐被发现和证实，并显现出独特的高选择性、高反应计量学效率等优势，但其反应路径尚不明确，阻碍了其进一步的应用与开发。基于此，马军院士团队对常用的碳基和过渡金属基催化剂活化过硫酸盐去除水中微污染有机物过程进行了深度探究。在利用氮掺杂碳对过硫酸盐进行活化的过程中，创新性地提出了一种基于持久性自由基主导的非自由基反应途径，即含有不成对电子的传统自由基键合在氮掺杂碳材料表面并与之反应产生持久性自由基，其作为一种亚稳态中间体可以通过电子转移直接降解有机化合物，并可以作为含氮碳上的氧化还原位点进一步活化过硫酸盐。该过程合理的解释了碳活化过硫酸盐时存在

16、能垒效应的本质，为其应用调控奠定了理论基础。ONC此外，马军院士团队将该非自由基反应机制延伸到过渡金属催化剂，在催化剂制备中直接引入类似的高活性催化中心一氧空位，介导过硫酸盐通过电子转移非自由基反应途径降解有机污染物。并发现氧气在反应过程中的关键触发作用，即在印迹效应下，氧气可以俘获氧空位中的电子并诱导氧空位夺取过硫酸盐和有机物中的电子，触发有机物降解的同时，强化限域空间内氧气的循环，提高过硫酸盐的活化效率，增强有机物的去除效果，该结果为过渡金属基催化剂活化过硫酸盐过程提供了全新的研究视角。以上研究结果为不同种类催化剂活化过硫酸盐过程的机理解析开辟了新思路，也为后续水处理实际应用提供了理论基础。该研究得到了国家自然科学基金青年项目和城市水资源