【ESE研究论文】铁活化亚氯酸盐：水处理中被忽视的选择性氧化

1 . H ⁺ 作用下 Fe ^0/II/III 对亚氯酸盐（ ClO ₂ ^- ）具有催化作用，主要活性物种为高价铁氧化物种和二氧化氯（ ClO ₂ ）；

2 . 该体系可用于协同去除 ClO ₂ ^- 和三苯甲烷衍生物甲紫，提供了一种“以废治废”的策略；

3 . 该催化过程还衍生出两种物质的制备包括 ClO ₂ 的原位制备与砜的定向合成。

ClO ₂ ^- 一方面可视为 ClO ₂ 水处理后的副产物；另一方面又是重要的氧化还原剂。针对第一方面，一般可用亚铁离子于中碱性条件下将其去除，或利用亚氯酸盐歧化酶、金属卟啉/配合物进行解毒处理，而该过程可产生高价金属物种以及 Cl ^- 和 O ₂ （或 ClO ₂ ）；针对第二方面，一般是利用紫外光进行活化产生 ClO ₂ 。而就第一方面而言，通常忽视了对于 ClO ₂ ^- 的再活化与利用；就第二方面而言，亦需拓宽其活化方式。

本研究利用超声作为物理场驱动，发现 当引入一定量的 H ⁺ 后，铁对于 ClO ₂ ^- 将产生不一样的作用 ，即有活化效果，该反应过程可类比传统 Fenton 反应（亦需要酸性条件），可用于去除有机污染物，比如三苯甲烷衍生物 甲紫 。研究人员对其反应机制进行探究，发现 主要的活性物种为 ClO ₂ （紫外-可见光谱 360 nm 处） 以及高价铁氧化物种 （ PMSO 作为化学探针，质谱检测）。在该反应过程中 ClO ₂ ^- 转化为 ClO ₂ ，而有机污染物甲紫也得到了去除，一定程度上提供了一种“以废治废”的策略。此外， 该体系对于有机污染物的去除是具有选择性的，且对于 H ⁺ 的加入具有一定的依赖性。

图 1   引入 H ⁺ 下不同铁活化 ClO ₂ ^- 用于去除三苯甲烷衍生物甲紫的对比

对比无铁催化，研究发现在上述催化/活化过程中 ClO ₂ 与 PMSO ₂ 转化明显，该体系或可作为与其相应的一种制备方法。

相比较过氧化物（如过氧化氢、过硫酸盐和臭氧等）的催化/活化，本研究提供的“铁活化亚氯酸盐”或可为延伸高级氧化技术研究方向提供新的思路。

第一作者  徐祺辉，哈尔滨工业大学环境学院博士研究生，研究方向为高级氧化水处理。

通讯作者  尤宏，博士生导师，哈尔滨工业大学环境学院教授，主要研究方向为工业废水深度处理与回用技术；高级氧化技术理论及其在污染治理中的应用；持久性有毒污染物污染、传输、转化及对生态环境影响；海岸带水生态安全与水质保障等。主持和参加各项课题 20 余项。获得黑龙江省科技进步二等奖、环境保护部环保科技二等奖等省部级科研奖。发表 SCI 收录论文 100 余篇。

通讯作者   谢冰涵，硕士生导师，哈尔滨工业大学（威海）海洋科学与技术学院，主要研究方向为膜法水处理技术与原理；碳中和背景探究高盐胁迫下菌藻互作机制及微藻生物质能源合成；微生物组学解析水处理系统微生物代谢、调控膜污染与生物膜形成机制等。在环境领域期刊 Chemical Engineering Journal 、 Bioresource Technology 、 Chemosphere 等发表 SCI 论文 30 余篇。