8月3日，
中南大学冶金与环境学院肖睿洋教授
团队和美国莱斯大学Pedro J. J. Alvarez讲席教授（
美国国家工程院院士，中国工程院外籍院士
）合作
在
Environmental Science & Technology
发表了题为“
Merits and Limitations of Radical vs. Nonradical Pathways in Persulfate-Based Advanced Oxidation Processes
”的综述论文，全面总结了基于过硫酸盐高级氧化技术中自由基与非自由基途径优缺点。
基于过硫酸盐（PS）的高级氧化工艺（AOPs）在消除水中难降解有机污染物方面得到了广泛的研究，研究范围从实验室规模到中试规模不等。 过硫酸盐通常是指过氧化单硫酸盐（PMS，HSO5-）和过氧化二硫酸盐（PDS，S2O82-）。虽然过硫酸盐本身可以降解某些富含电子分子的污染物（如磺胺类抗生素和 β-内酰胺类抗生素），但如果不对其进行活化，则对其他化合物的去除率非常低。因此，为了有效去除污染物混合物，必须采用适当的活化方法来产生高活性物质。活化后，优先有机污染物的去除有赖于通过自由基或非自由基途径产生活性物种。因此，了解活化机制以及这两种途径的优点和局限性，对于为特定系统选择和实施适当的基于 PS 的 AOP 非常重要。
PS 活化方法可分为两类：无催化剂和基于催化剂（表 1）。前者是主流方法，利用外部能量（如紫外线照射、热、超声波和电）和化学品（如碱、醌、卤化物）。PS中O-O 键的均聚裂变是通过输入外部能量实现的，但这种方法面临着能量要求高、设备成本高和设备耐用性差等问题。 化学活化过程虽然避免了这些缺点，但也受到化学成本和物流、反应器腐蚀和致癌副产品形成的限制。此外，化学活化法由于会形成活性较低的物种，因此污染物去除效率相对较低。
表 1. 基于 PS 氧化的自由基/非自由基物种和活化方法汇总
城市化和工业化对水质造成了严重的负面影响，因此对可靠且环保的处理技术的需求日益增长。基于过硫酸盐（PS）的高级氧化工艺（AOPs）正在成为处理具有挑战性的工业废水或修复受危险废物影响的地下水的可行技术。虽然生成的反应物可以通过
自由基
和
非自由基
途径降解各种重点有机污染物，但目前还缺乏对这些途径进行系统和深入的比较，以便在不同的处理方案中实际应用。之前的文献综述批判性地考虑了与基于 PS 的 AOPs 相关的机遇和障碍，并以主要与非自由基途径相关的催化材料和机制为重点解决了其中的几个问题。
然而，还缺乏对非自由基与自由基系统的优点和局限性的重要比较，对水基质如何影响这些途径的相对性能的关注也很有限。
本文通过对自由基与非自由基物种的反应速率常数进行的比较分析表明，基于自由基的 AOPs可在相对较短的接触时间内实现较高的有机污染物去除效率。非自由基 AOPs具有对复杂废水处理的水基质干扰最小的优势。
非自由基物种（如单线态氧、高价金属和表面活性 PS）会优先与带有电子捐赠基团的污染物发生反应，从而提高已知目标污染物的降解效率。
对于副产品的形成，还考虑了分析限制和计算化学应用。最后，本文提出了一个整体估算的
每阶反应电能
（EE/O）参数，并显示非自由基途径所需的能量明显更高。总之，这些重要的比较有助于确定基于 PS 的 AOPs 基础研究的优先次序，并为特定系统应用的优点和局限性提供信息。
图 1. 碳基非金属催化剂的PS 活化途径
图 2. 以 PS 激活为主题的同行评议出版物：(a) 出版物数量逐年增加，翻倍时间为 2.26 年（检索自 Web of Science，截至 2022 年 6 月）。(b) 过去关于基于 PS 的 AOPs 的文献综述的主题重点。(c) 基于 PS 的 AOPs 进展的里程碑。
来源：
环境工程与科学
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