随着全球水安全面临的威胁日益严峻，高级氧化工艺作为一种成熟且有效的废水处理技术，受到了广泛关注。其中，过硫酸盐（PS）基高级氧化工艺（PS-AOPs）因其显著优势，逐渐成为研究热点。与传统芬顿反应中所用的过氧化氢（H2O2）相比，PS具有更强的应用潜力：其活化可生成的硫酸根自由基（SO4•-）不仅具有更长的半衰期（30~40 μs）和更高的氧化还原电位（2.5~3.1 V），还能够在更宽的pH范围（2~9）内保持高效反应活性，同时避免了H2O2在运输和储存中的安全风险。PS可以通过多种途径活化，如外部能量（热、电、紫外线、超声等）、金属离子和非均相催化剂。随着对PS-AOPs反应路径认知的不断深入和催化系统工程的复杂化，非均相PS-AOPs的机制研究争议日益升温。传统观点认为，AOPs中有机污染物的降解主要依赖于活性氧物种（ROS），包括•OH、SO4•-、O2•-和1O2的作用。然而，随着表征技术的发展，高价金属（HVM）氧化和电子转移过程（ETP）也被确定为有效的AOP机制。近期研究进一步揭示了直接氧化转移过程（DOTP）作为一种新的PS-AOPs反应路径，为解决污染物氧化反应中电子平衡的矛盾提供了新思路。在此背景下，如何准确描绘系统机理路径、采用稳健可靠的适配手段，以及充分考虑底物特征对机理的逆向影响，成为当前研究的重点和难点。
近日，清华大学深圳国际研究生院张正华副教授团队对非均相过硫酸盐基高级氧化工艺的研究现状与未来发展进行了深入探讨。
研究团队系统梳理了PS-AOPs领域的研究进展，重点讨论了一种新近提出的AOP机理路径—直接氧化转移过程（DOTP），并与传统PS-AOPs中氧化性物种介导的矿化过程进行了深入比较。研究表明，当前针对非均相PS-AOP系统机制的探究仍存在诸多争议，亟需建立标准化的研究方法。研究成果不仅为AOPs机理阐明中活性物种的识别与定量提供了参考，更为相关领域的研究提供了实践指导，对推动高级氧化技术的理论发展和实际应用具有重要意义。
图1. 非均相PS-AOPs体系反应路径总结图示
图2. 各类PS-AOP机理路径表征技术总结图示
图3. 底物性质的双方面影响：物质传输及电子转移
图4. PS-AOP体系中聚合和矿化过程的比较
该工作以“过硫酸盐高级氧化机理那些事：新酒装在旧皮囊？”（Heterogeneous Peroxymonosulfate-based Advanced Oxidation Mechanisms: New Wine in Old Bottles?）为题，在线发表在国际期刊《环境科学&技术》（Environmental Science & Technology）上。
清华大学深圳国际研究生院张正华副教授为本文通讯作者，清华大学深圳国际研究生院2024级博士生赵笑宇为本文第一作者。本工作得到国家自然科学基金项目、广东省杰出青年基金、深圳市基础研究计划项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c11311
图/文：张正华
编辑：戴雨静
审核：聂晓梅
