亚硫酸氢根活化高锰酸盐高级氧化技术降解水中污染物研究进展

2023.03.09

摘要：污染物亚硫酸氢根活化高锰酸根体系中的极速氧化降解表明活化高锰酸盐产生了一种新的高级氧化技术。活化高锰酸根氧化降解有机污染物需要的反应时间很短。甚至与得到深度探究和优化的传统的高级氧化技术相比，需要的降解时间也较低。
关键词：亚硫酸氢盐；高锰酸盐；锰（Ⅲ）；高级氧化技术；污染物
中图分类号：X131.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0170-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.091
Abstract：The extraordinarily fast rates of contaminant oxidation in the permanganate/bisulfite process suggest that “activation” of permanganate might lead to a new class of advanced oxidation processes （AOPs） in water treatment. The contact times required to oxidize substantial concentrations of organic contaminants with activated permanganate are very short， even when compared with conventional AOPs that have been optimized and validated over many years of research and development.
Keywords： Bisulfite； Permanganate； Mn（III）； Advanced oxidation processes； Contaminants
近期，孙等人描述了一种基于亚硫酸氢根活化高锰酸盐产生Mn（Ⅲ）的高级氧化技术[1]。由于在修复受污染水源和土壤和控制各种类型的污染物的广泛应用，高锰酸盐氧化降解污染物的机理已经得到深入探索。
1 结果与讨论
1.1 Mn（Ⅲ）生成机理
Mn（Ⅲ）生成及氧化降解过程主要由方程式1-5所表示。从反应式2和4可以看出，在酸性条件下由于H+的大量存在可以抑制反应2和4的进行，从而有利于反应3降解污染物的进行。当然需要注意的是，亚硫酸氢根活化高锰酸盐高级氧化技术是一种新工艺，涉及反应内部的很多化学反应机理还需要进一步的探究。尤其，进一步的研究需要确定这种能够快速氧化有机物的氧化剂是Mn（Ⅲ）。
1.2 亚硫酸氢根活化高锰酸盐降解有机污染物
通过表1中数据可以得出亚硫酸氢根活化高锰酸盐体系降解有机污染物的速率是高锰酸盐单独氧化降解速率的3-6个数量级以上。尽管Mn（Ⅲ）氧化能力可能弱于HO·和SO4·-，但此系统下所产生的自由基数量是HO·和SO4·-的5-6个数量级以上。体系在初始pH=5的情况下甚至可以氧化降解高锰酸盐完全无法降解的有机污染物。
通过Mn（Ⅲ）生成机理一节的描述，pH对亚硫酸氢根活化高锰酸根体系降解速率常数的影响很大。表2列出了pH对亚硫酸氢根活化高锰酸根体系氧化降解酚速率常数的影响。通过数据可以发现，随着pH的逐渐升高反应速率常数逐渐降低。从pH=4到pH=9，速率常数降低两个数量级。这些数据反过来证明了Mn（Ⅲ）生成机理一节关于降解机理的表述。
结果表明，在初始pH=5的情况，两个反应基本没有什么区别。而在初始pH=7的情况下也仅仅只有很小的变化。这表明亚硫酸氢根活化高锰酸根体系受离子影响较小。
1.3 剩余Mn的去除
亚硫酸氢根活化高锰酸根体系中引入Mn这一重金属元素。如果不能有效去除将会对水体产生二次污染。实验结果表明，亚硫酸氢根活化高锰酸根体系中Mn最后将会以Mn（Ⅱ）的形式存在。在处理末期将溶液pH调整为7可以有效去除Mn（Ⅱ）。这预示亚硫酸氢根活化高锰酸根体系未来在污水处理中有很大的潜能。
2 结论
亚硫酸氢根活化高锰酸根体系在酸性或则中性条件下可以有效降解污水中的有机污染物。践行条件下由于Mn（Ⅲ）歧化分解速率加快导致Mn（Ⅲ）的利用率快速降低。与传统的氧化剂相比，Mn（Ⅲ）的氧化降解速率是其几个数量级以上。尽管氧化能力在个别条件下可能弱于HO·和SO4·-，但此系统下所产生的自由基数量是HO·和SO4·-的5-6个数量级以上。
参考文献
[1] Sun，B.，Guan，X.，Fang，J.，Tratnyek，P.G.，2015b.Activation of Manganese Oxidants with Bisulfite for Enhanced Oxidation of Organic Contaminants： The Involvement of Mn（III）. Environ. Sci. Technol. 49（20）， 12414.
收稿日期：2017-05-08
作者簡介：徐金玲（1965-），女，学士，工程师，研究方向为环境监测。