第 35 卷 第 1 期环 境 科 学 研 究Vol.35，No.1 2022 年 1 月Research of Environmental Sciences Jan.，2022
研究进展
陈妍希1，严登明2，朱明山1*
1. 暨南大学环境学院, 广东省环境污染与健康重点实验室, 广东广州 511443
2. 黄河勘测规划设计研究院有限公司, 河南郑州 450003
摘要：环境中难降解有机物对生态环境及人体健康构成了巨大的威胁. 近年来，外场效应活化过硫酸盐高级氧化技术在环境治理中得到了广泛研究. 为进一步明确外场效应强化过硫酸盐活化技术的微观机制和污染物去除效能并拓宽其应用范围，综述了包括热场、US(ultrasonic，超声)场、电场、光场、磁场及压电场6类常见外场辅助过硫酸盐活化去除有机污染物的研究进展. 结果表明：①热场、US场、电场及光场强化过硫酸盐活化技术去除污染物的效能、活化机理和实际应用价值已被进行详细的研究.
②在上述场效应中，磁场仅应用于提高Fe0及相关复合物活化过硫酸盐的效果；而压电效应活化过硫酸盐技术作为新兴的技术手段，其相关的研究报告非常少. ③目前的研究仍存在一些不足，如外场效应强化过硫酸盐活化技术的能源利用率、经济
成本和实际应用潜能，以及降解过程中副产物的生态毒性等问题仍未进行深入的研究；压电强化过硫酸盐活化技术中压电材料和压电源的选择以及活化机理等内容依然存在空白；需解决多场耦合活化过硫酸盐技术存在的兼容性问题，其应用潜力也需进行评估.研究显示，外场效应强化过硫酸盐氧化技术具有高效的有机物去除能力，可以为推动过硫酸盐氧化技术在水污染控制方面的进一步发展提供更多的技术支撑.
关键词：外场效应；过硫酸盐氧化技术；有机污染物
中图分类号：X52文章编号：1001-6929（2022）01-0131-10
文献标志码：A DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2021.07.08
Recent Progress in Removal of Organic Pollutants by External-Field Effect Enhanced Persulfate Oxidation Processes
CHEN Yanxi1，YAN Dengming2，ZHU Mingshan1*
1. Guangdong Key Laboratory of Environmental Pollution and Health, School of Environment, Jinan University, Guangzhou 511443, China
2. Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd., Zhengzhou 450003, China
Abstract：Organic pollutants in the environment pose a huge threat toecological environment and human health. In recent years, the external-field effect enhanced persulfate advanced oxidation technology has been widely developed. In order to clarify its mechanism and broaden the application of persulfate oxidation technology, recent research on the removal of organic pollutants by persulfate oxidation under external fields (viz. thermal, US (ultrasonic), electric, light, magnetic and piezoelectric fields) enhancement is summarized. The results show that these external fields bring new pathways for persulfate activation and enhanced degradation efficiency of organic pollutants removal. However, the current investigation still has some limitations. For example, the energy efficiency,economic cost potential, practical application of external-fields effect enhanced persulfate oxidation technologies, and the ecotoxicity of by-products produced in the degradation process still lack in-depth investigation. Besides, the mechanism of the piezo-activation of persulfate, and thecompatibility in practical operation of multiple-fields enhanced persulfate oxidation need to be further investigated.This study exhibits high organic pollutants removal efficiency by usingexternal-field effect to enhance persulfate advanced oxidation process, which provides
收稿日期：2021-06-07 修订日期：2021-07-04
作者简介：陈妍希(1996-)，女，广东汕头人，ccchenyanxi@163.
*责任作者，朱明山(1985-)，男，安徽合肥人，教授，博士，博导，主要从事环境催化研究，zhumingshan@jnu.edu
基金项目：广东省自然科学杰出青年基金项目(No.2020B1515020038)；广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才项目(No.2019QN01L148)
Supported by Natural Science Foundation of Guangdong Province，China (No.2020B1515020038)；Pearl River Talent Recruitment Program of Guangdong Province， China (No.2019QN01L148)
a new direction to develop high-performance persulfate advanced oxidation technology in water treatment.Keywords ：external-fields effect ；persulfate oxidation processes ；organic pollutants
近年来，有机污染物被广泛应用于工业、医药业、农业及养殖业等行业中[1-2]
. 由于这些污染物具有稳
定的化学结构
[3-4]
，传统的废水处理工艺不足以完全
去除污染物，排放的有机污染物将流入地表水土及地下水中，导致严重的药物污染问题[5]
.
目前的研究[6-11]
表明，包括在中国、西班牙及澳大利亚等国家的环境水体及土壤中均已频繁检出多种有机污染物. 虽然目前在环境中只观察到痕量或超痕量的有机污染物的存在，但其在水土中的长期富集无疑会对生态环境及人体造成潜在的威胁[12]
. 因此，基于当前的环境污染问题，开发先进的污染物处理技术十分迫切.
AOPs(advanced oxidation process ，高级氧化技术)可以产生高反应自由基〔主要是·OH (hydroxyl-radical ，羟基自由基)〕，被认为是一种处理新兴难降解有机物的有效手段
[13-15]. 其中，基于SO 4−
·(sulfate
radical ，硫酸根自由基)的AOPs 近年在水土环境治理中引起了极大的关注. 相比于·OH ，SO 4−
·显示出更高的氧化还原电位(E 0
=2.5~3.1 V)和更长的寿命(t 1/2=30~40 μs)
[16-18]
. 此外，相比于其他氧化剂如H 2O 2
(hydrogen peroxide ，过氧化氢)和KMnO 4(potassium permanganate ，高锰酸钾)，可产生SO 4−
·的氧化剂过硫酸盐〔包括PMS(peroxomonosulfate ，过一硫酸盐)和PDS(peroxodisulfate ，过二硫酸盐)〕具有稳定性强、pH 适应能力高及成本低等优点，在应用于有机污染物的去除上显示出一定的优势
[19-21]
. 然而过硫酸盐的
氧化性有限，需要采用不同的方法对其进行活化.
过硫酸盐活化方法主要分为外场能量输入及催化剂投加两大类. 相比于催化剂直接投加的活化方法，直接输入如热、光、US(ultrasound ，超声)、电场或磁
场等外场能量是一种灵活且控制的策略[22]
，可以在增强过硫酸盐活化效果的同时避免催化剂添加后产生的二次污染问题. 此外，不同场具有独特的活化机制和优势，这些都可能极大地影响过硫酸盐活化的效果. 外场效应强化过硫酸盐活化的基本类型及其优缺点等差异对比如 图1和
表1所示. 目前，已有的过硫酸盐研究主要集中于寻合适的方式实现过硫酸盐的高效活化以及综述近年来不同方法活化过硫酸盐降解有机污染物的研究进展. 例如：Pang 等[16]
综述了
近年来碳基磁性纳米复合材料活化过硫酸盐去除有
机物的进展；Yang 等
[23]
探究了光在过硫酸盐氧化技
图 1 外场效应强化过硫酸盐活化的基本类型Fig.1 The types of persulfate activation under
external field enhancement
表 1 不同外场效应强化过硫酸盐活化技术的对比
Table 1 Comparison of different external-field effect enhanced persulfate oxidation technology
外场强化机制
优点
缺点
应用场景
热场
热能提供能量
操作简单、活化效果明显外加热源能耗大、操作困难主要为实验室研究阶段；可应用于实际环境，利用可持续产生的热能实现连续的热场活化超声场空化效应释放能量环境友好、高效电能耗费大、无法大面积应用主要为实验室研究阶段，可用于污染土壤修复电场电能提供能量；水分解或过渡金属的价态转移提供电子无毒、高效成本高、操作复杂、无法大面积应用
主要为实验室研究阶段
光场光能提供能量；电子-空穴分离效率提供电子环境友好、成本低、易获得、效率高
光利用率低，大部分为紫外和可见光主要为实验室研究阶段；可应用于实际环境，利用实际太阳光实现清洁环保的活化磁场弱磁场加速Fe 0
腐蚀成Fe
2+
不引入其他能源及化学物质应用范围窄、研究内容少仅实验室研究阶段压电场
机械力实现材料内部极化，提供电子和空穴
能源效率高
应用范围窄、研究内容少
仅实验室研究阶段
132环 境 科 学 研 究第 35 卷
术处理废水过程中的作用. 然而，这些研究并没有对外场效应强化下过硫酸盐活化技术去除污染物的总体进展及成果进行统计和分析，也没有对其优势和未来发展方向进行评估. 该文在已有研究基础上，梳理了近年来的外场效应强化过硫酸盐活化技术去除有机污染物的研究成果，总结了不同场效应辅助过硫酸盐活化的效果和优势，并对其未来的发展提出建议，以期为更加高效地处理环境污染提供实际有效的参考.
1 热场
作为最常见的外场辅助策略之一，热场是活化过硫酸盐的传统方法. 已有研究[24-25]表明，过硫酸盐可以通过吸收热场产生的热能断裂其O−O键，进而生成SO4−·和·OH. 与PMS相比，PDS在热活化中的应用更广泛[26]. 当热场温度>50 ℃时，产生的能量可以使PDS的O−O键断裂并产生SO4−·[26]. 产生的SO4−·可以在较高温度下迅速与水反应生成·OH[26]. 近20年的研究主要集中于温度对污染物去除率以及PDS 消耗速率的影响[27-29]. 大量试验表明，在受控的温度范围内，污染物的反应速率随着温度的升高而提高[25,27]. 然而，温度的升高同时可能加速各种副反应(如SO
4
−·或·OH的重组等)的发生，限制污染物的去除效率[30]，因此，其应用于实际污染水土中具有一定的难度. 为更好地将热场能量应用于实际环境中，近年来研究内容逐渐转移到实际热能的应用和利用热能处理难去除的实际废物中[30-34].
使用可再生能源用作热源可以通过持续热能的产生实现连续的热场活化PDS，是一种可靠的实际应用手段. Forouzesh等[30]使用卤素灯泡作为热辐射源，首次在连续系统中研究热活化PDS对污染物的去除. 试验结果表明，无论是在间歇还是连续的热催化活化反应系统中，MTZ(metronidazole，甲硝唑)都能在温度大于70 ℃时起到大于90%的去除率[30]. 此外，工业生产过程中产生的大量废热(温度通常为60~120 ℃)[35]也可以活化PDS. 在40、60和90 ℃下，矿化70%的原水〔天然有机物的主要成分HA(humic acid，腐殖酸)〕分别需要168、24和1 h. 此外，HA的芳香结构在40 ℃下受到明显的破坏，并且超滤膜结垢问题显著改善[34]. 因此，废热活化有望成为一种可持续且低成本的水处理方案，而后续研究也将在真实环境下研究废热活化的处理效果.
此外，热场辅助过硫酸盐活化的研究也逐渐集中于对实际水体复杂污染物的处理中. Bruton等[33]在原位化学氧化条件下用热活化PDS处理含多种氟化和非氟化表面活性剂的水成膜泡沫，结果表明，全氟烷基酸前体化合物被有效转化为短链全氟羧酸盐产物，使其更难被回收并可能对环境造成更大的危害.此外，在水力压裂条件下，单独的水力压裂添加剂糠醛也可以很快被PDS氧化，但加入化学添加剂会减慢糠醛的降解[32]. Zrinyi等[31]深入研究了热场温度对PDS活化降解苯甲酸的转化途径和产物分布的影响，结果表明温度的变化不仅控制SO4−·和·OH的生成速率，并且影响苯甲酸的脱羧机理和转化产物的分布.
基于近年来热场辅助过硫酸盐活化技术的研究进展，使用可再生或可持续资源作为热源提供活化过硫酸盐的热量去除实际污染虽然是一个可行的技术，但使用过程中依然存在污染物降解速率受限以及转化产物毒性较高等问题. 因此，后续依然需要对热场强化过硫酸盐活化技术去除真实环境样本进行深入研究，并重视产物的毒性及迁移转化机制.
2 US场
US强化过硫酸盐活化技术作为一种新兴的技术手段，其主要原理是频率超过20 kHz的声波在液体介质中产生空化效应，导致气泡收缩、膨胀及破裂等一系列动态过程的发生[36-37]. 气泡水会分解产生·OH 攻击过硫酸盐，而气泡因破裂具有高压和高温，也可以作为局部“热点”释放出巨大的能量激活过硫酸盐[38].
近年来，US辅助过硫酸盐活化氧化技术作为一种环境友好且高效的AOPs，在有机污染物的去除上起到了明显的协同作用，例如，SMT(sulfamethazine，磺胺二甲嘧啶)、CBZ(carbamazepine，卡马西平)、DCF(diclofenac，双氯芬酸)分别在30、120和200 min 内达到100%、90%和100%的降解率[39-41].此外，Yang等[42]综述了近年来US活化过硫酸盐在去除污染物方面的研究，并对US功率、US频率、温度和pH等反应影响因素进行了总结和分析，表明US辅助过硫酸盐活化技术是难处理有机废水处理的有前途的替代技术. 相比于US活化PMS技术，目前大多数研究主要集中于US辅助PDS活化技术. 由于具有不同的分子结构和特性，PDS和PMS在特定条件下表现出不同的有机物分解速率. Lee等[43]以IBP (ibuprofen，布洛芬)作为模型污染物研究了PDS和PMS在不同US频率下的活性差异，结果表明不论是PDS还是PMS，当US频率为1 000 kHz时，IBP 的降解效率最好. 值得注意的是，当频率相同时，US 活化PDS对IBP的去除效率高于US活化PMS，且表现出最小的单位电能消耗量[43].
此外，当前大部分研究均集中于环境水介质，其他环境介质如土壤环境下US辅助过硫酸盐活化的
第 1 期陈妍希等：外场效应强化过硫酸盐氧化技术去除有机污染物的研究进展133
技术发展仍然有限. Lei等[44]将US辅助技术引入土壤系统中促进土壤团聚体的分解，并利用US激活PDS有效氧化去除DHC(diesel hydrocarbons，柴油碳氢化合物). 试验结果表明，产生的自由基、US过程的轻微热分解以及PDS的直接氧化三者的共同作用是造成DHC降解的主要原因. 然而，其降解效率依然有限，16.25 g/kg柴油只达到约28.0%的去除率. 此外，US强化过硫酸盐活化技术应该应用于实际土壤中，而不是仅在加标土壤中进行试验. 基于此，Lei 等[45]进一步将单频US替换成双频US，评估了双频US辅助PDS活化技术在实际土壤修复中降解总石油烃的降解动力学和机理. 试验结果表现出双频US 和PDS高效的协同作用，在180 min内实际土壤中观察到了88.9%的总石油烃去除率.
基于近年的进展研究，US效应强化过硫酸盐活化技术的机理较为明晰，并且在土壤及水体环境中均得到了有效的污染物去除效果. 然而，US技术依然需要耗费一定的电能，且如何将其大面积应用于实际水土环境污染中还尚未可知. 因此，US效应强化过硫酸盐活化技术在实际应用方面仍具有很大的发展空间.
3 电场
与电场引入芬顿工艺的目的相似，电场引入过硫酸盐技术中的最初目的是解决金属活化过硫酸盐技术中金属离子的难回收及难再生等问题. Wu等[46]在Fe2+活化PDS的工艺中直接施加电场，观察到AO7(acid Orange 7，酸性橙7)的脱效果
显著增强.此外，Wang等[47]分别以铁片和石墨棒作为牺牲阳极和阴极，利用施加电流时阳极原位生成的Fe2+活化PMS产生ROSs(reactive oxygen species，活性氧物种)攻击污染物，产生的Fe3+在阴极被还原以实现Fe2+的再生. 基于以上发展，电场逐渐应用于过硫酸盐活化技术中.
作为产生SO4−·最有效方法之一，近年来电场强化过硫酸盐活化技术处理实验室以及实际废水中有机污染物被进行了广泛的研究. 电活化过硫酸盐具有无毒、价格低廉、效率高及产生的·OH选择性高等优点[48]，其主要机理是利用电场产生的能量直接活化过硫酸盐，或者通过水的分解或过渡金属的价态转移等间接提供电子活化过硫酸盐[49]. 活化过程生成的SO
4
−·可以直接与污染物发生氧化还原反应，也可以在很宽的pH范围内与水反应产生·OH再进一步攻击有机污染物[50]. 此外，电活化过硫酸盐处理技术也可以通过直接氧化和非自由基氧化实现污染物的去除. 例如，Song等[49,51]首次使用具有多种官能团的碳材料(包括多壁碳纳米管、石墨、碳黑和粒状活性炭)作为阳极进行电活化过硫酸盐，发现有机污染物的降解归因于非自由基、·OH和SO4−·氧化的共同作用. 以Ti/Pt电极为工作电极，电活化PDS技术表现出选择性氧化去除有机污染物的能力，其中PDS氧化、直接电解和非自由基氧化是造成污染物降解的原因[52]. 此外，与传统过硫酸盐技术不同，电化学反应通常在电极表面发生，因此产生的活性自由基(如OH和SO
4
−·)也常吸附于电极表面而不是在反应溶液中[52]. Liu等[53]分别使用ACF(activated carbon fiber, 活性碳纤维)/Ti/Pt和Ti/Pt作为阴极和阳极，提出了一种新型且可持续的电活化PDS的方法. 通入电流后，一方面自由电子可以注入到ACF的表面上，产生·OH 和SO4−·攻击吸附于ACF表面的污染物；另一方面，Ti/Pt阳极也可以吸附PDS并增强污染物在Pt表面的直接氧化.
近年来，大量文献还研究了不同反应条件(如过硫酸盐的浓度、电极材料、电流密度、pH和电解质等)对电效应强化过硫酸盐活化技术去除污染物的影响，结果表明，过硫酸盐浓度和电流密度的增加一般有助于污染物的去除，而pH和电极材料的差异则会根据试验内容产生不同的影响[54-57].
基于上述研究进展，电场效应强化过硫酸盐活化技术是处理有机污染物的有效手段. 然而，在实际污染环境中如何更高效和更具成本效益的去除污染物仍然存在挑战. 因此未来的研究方向应利用电场的优势着眼于减少能量及过硫酸盐的输入，优化出最佳的试验条件，并尽量减少二次污染(如铁泥等的产生).
4 光
太阳光包括约3%的UV(ultraviolet light，紫外光)、44%的VL(visible light，可见光)和53%的NIR (near infrared light，近红外光)，具有成本低、操作简单和效率高等优点，是一种可再生的清洁能源[58]. 近年来大量的文献对光辅助过硫酸盐活化技术进行了研究和调查，主要包括：①UV直接激活过硫酸盐；
②VL在均相或非均相体系中强化过硫酸盐活化；
③NIR照射下光热转换活化过硫酸盐.
UV照射产生的能量可以有效激活PMS和PDS 产生ROSs(活性氧物种)并高效降解有机污染物，无需添加其他催化剂，被认为是一种环境友好的活化方式，近年来已得到了广泛的研究[59-63]. 例如，Li等[61]探索了单独UV和UV活化PDS分别降解PCMX (4-chloro-3,5-dimethylphenol，4-氯-3，5-二甲基苯酚)的差异，结果表明与单独UV光照相比，UV/PDS体
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系中产生的SO4−·是促进PCMX快速降解的主要原因.
开发基于VL或NIR活化的过硫酸盐体系是一种提高太阳光利用率的策略，但VL的能量不足以直接活化过硫酸盐. 在均相体系中通过光敏化或LMCT (ligand-to-metal charge transfer，配体金属的电荷转移效应)激活过硫酸盐是有效利用VL的常见手段. Achola等[64]使用Co-FeO x作为催化剂，在VL照射下活化PMS降解敏化染料AO2(acid Orange 2，酸性橙2). AO2作为光敏化剂在VL光照下可以加速Co3+/Co2+的循环，并通过产生活性自由基团促使AO2脱. Yin等[65]研究发现，有机污染物SMX(sulfamethoxazole，磺胺甲恶唑)可与Fe3+形成络合物，在VL的诱导下通过LMCT将Fe3+原位还原成Fe2+，从而有效激活PDS降解SMX，实现“以污治污”. 此外，在VL照射下直接添加光催化剂也可以有效活化过硫酸盐. 过硫酸盐在光照条件下可以通过捕获光催化剂的光生电子进行自活化以产生·OH或SO4−·等ROSs，同时有效分离光生电子-空穴对并提高催化剂的光催化活性[66].例如，VL照射下MIL-100(Fe)(Fe-based metal organic framework，铁基金属有机骨架)产生光生电子和空穴，电子转移到MIL-100(Fe)的表面将Fe3+还原成Fe2+. PDS通过捕获光生电子和Fe2+产生ROS
s并在180 min 内去除几乎100%的SMX[67].
目前多数研究都集中于探索UV和VL区域中的光反应，而太阳光中一半为NIR区域. 由于涉及NIR区域的光反应会带来强烈的热效应，因此利用NIR产生的热效应活化过硫酸盐可能是一种有效的手段. 笔者所在课题组以典型的光热材料MoS2为催化剂，首次研究了NIR照射下光热转换活化PDS的过程，试验表明，在808 nm的激光照射下，从光能转换而来的局部热量可以将反应溶液的温度升至45 ℃并直接激活PDS以提高污染物的去除率[68]. 该研究本质上通过充分利用太阳光谱中NIR区域产生的能量，发挥热场与光场耦合活化的作用，从而提高有机污染物的去除率.
总之，近年来的研究表明光辅助过硫酸盐技术可以显著提高污染物去除率，其机理也被进行深入的探究. 然而，目前的研究多数集中于UV和VL，而太阳光中一半区域为NIR，因此需要拓展光的利用. 此外，利用光反应中产生的热效应活化过硫酸盐的技术是一种有前途的环境修复技术，对此进行深入的研究可以最大程度地利用太阳光.
5 磁场
由于磁场可以通过改变材料的微观结构引起材料性质的变化，进而影响化学反应，磁化学作为一门新兴的学科逐渐得到关注与发展[69]. 数10年来，磁场被广泛应用于废水处理中，主要用于分离磁性材料或与Fe0耦合去除重金属和有机污染物[69-70]. 自1994年起， Fe0开始作为Fe2+的替代品用于水处理中，并且在过硫酸盐活化方面展示出较高的活性[71]. 然而，在处理废水过程中，溶解的O2、H2O、NO3−等会消耗大量的Fe0，导致其钝化并降低反应性. WMF(weak magnetic field，弱磁场)可以加速Fe0腐蚀成Fe2+，且产生的永磁体没有引入其他能源及化学物质，被认为是改善Fe0反应性的有前
途的手段.
Guan的研究团队在2014年首次将WMF引入Fe0/PDS体系中，并观察到酸性橙G的去除率提高了28.2倍[72]. 通过深入的机理研究，李锦祥等[73]发现施加WMF可产生不均匀磁场并磁化Fe0，其中，洛伦兹力通过减小Fe0表面的扩散层厚度改善其传质效果；磁场梯度力使具有顺磁性的Fe2+从磁感应强度低的位置往高的迁移，导致Fe0的腐蚀产物均匀分布于颗粒表面，进而改善Fe0的反应活性. Du等[74]的研究进一步发现，WMF的添加可以大大增强Fe0/PDS去除SMX的效率，但不会改变原工艺产生的ROSs类型，只是加速了Fe2+的释放.此外，Fe0的衍生材料在WMF的作用下也观察到高效的过硫酸盐活化效果.例如，沸石负载的Fe0在WMF的磁化作用下活化PDS的效果明显提升，其对AO7的去除率相比原工艺提高了2~3倍[75]. 然而，在实际水处理应用中仍无法将WMF大面积应用于Fe0活化过硫酸盐的技术中. 因此，利用Fe0的铁磁记忆特性，磁场预磁化手段处理Fe0被作为一种有效的改进手段并逐步应用于Fe0/PDS工艺中. 大量试验结果证明，预磁化后的Fe0可以有效改善PDS的活化能力和拓宽pH的应用范围，2,4-DCP(2,4-Dichlorophenol，2,4-二氯苯酚)[76]、OG(orange anthraquinone dyes，橙蒽醌染料)[77]、RhB (Rhodamine B，罗丹明B)[78]和p-ASA(p-aminopheny-larsonic acid，对氨基苯胂酸)[79]等有机污染物都可以被有效去除. 此外，Chen等[79]首次将预磁化Fe0/PDS 工艺应用于芳香有机砷化合物(以p-ASA为代表)的去除，并研究了降解过程中消毒副产物的生成，结果表明预磁化的处理可以提高p-ASA的去除率(99.2%)并减少碳质消毒副产物的形成，但会增加含氮的消毒副产物的形成.
综上，WMF的引入可以大大增强Fe0活化过硫酸盐的能力，在未来的实际应用上具有很高的潜力.目前对WMF的大多数研究都集中于污染物去除性
陈妍希第 1 期陈妍希等：外场效应强化过硫酸盐氧化技术去除有机污染物的研究进展135
能的探索和试验条件的优化，其相关的机理依然需要更深入的探究. 此外，预磁化Fe0活化过硫酸盐的研究仅局限于实验室规模. 因此，后续研究应着眼于实际水处理环境，进行较大规模的现场修复测试，并深入探索WMF及预磁化的Fe0的商业应用价值.
6 压电场
相比于其他的催化技术，压电催化具有更高的能源效率[80]. 压电效应是一种物理现象，当压电材料在受到风、潮汐及水流等外界环境力的作用下发生机械变形时，其材料表面产生压电势，并出现正负相反的电荷[80-82]. 据报道显示，压电场提供的充足的正负电荷可以直接攻击污染物，防止光电子-空穴复合[83-86].因此，近10年来压电催化技术主要用于直接分解污染物，或作为一种耦合技术提高光催化效率. 2020年，Zhu的研究团队和He的研究团队相继提出压电催化产生的电荷也有望通过攻击过硫酸盐的O−O键激活过硫酸盐，以提高污染物的去除率[87-88]. 压电活化过硫酸盐技术开始引起人们的关注.
目前，压电活化过硫酸盐去除有机污染物的相关文献仅有4篇. 为了给予足够的压电形变以产生更多的电荷，文献均以超声作为压电源应用于实验室研究中. Zhu的研究团队和He的研究团队均使用传统的压电材料BaTiO3为催化剂，分别活化PDS和PMS 用于降解污染物IBP和BTH(benzothiazole，苯并噻唑)，试验结果表明，压电效应可以有效激活PDS和PMS并达到高效的污染物去除率，分别可以在60和30 min内去除99%的IBP和92%的BTH[87-88]. Ao的研究团队[89]使用MoS2
作为2D压电催化剂模型激活PMS以高效降解苯酚，并通过试验和DFT (density functional theory，密度泛函理论)计算，确定了2D压电材料催化PMS活化过程的内在机理主要是：①PMS被MoS2形变产生的负电荷还原成·OH 或SO4−·；②PMS和MoS2形变产生的正电子的相互作用产生SO5−·，且进一步生成SO4−·，最后在超声协助下通过水解转化成·OH；③MoS2本身也可以通过钼离子的变价活化PMS进而产生ROSs[89]. 以上研究均为将压电和AOPs相结合控制水污染的应用提供了可行性. 此外，为了提高压电材料的性能，Chen 等[90]构建了BaTiO3/MoS2压电异质结，其成功减少了载流子重组，研究证明，结合BaTiO3和MoS2可以增强压电效应，提高活化PMS的效率并在40 min内达到了90%的ORZ(ornidazole，奥硝唑)去除率，提供了一种通过构建压电材料异质结来增强压电激活过硫酸盐的新想法.
总之，目前的研究结果表明压电活化过硫酸盐是一种有潜力的应用于水处理的技术手段，但其深入的机理研究以及实际应用价值仍有待挖掘，需要大量的试验探究其未来的发展方向及可行性. 后续的研究应集中于压电材料的选择、活化机理的研究及其在实际水处理中的应用潜力探究等方面.
7 结论与展望
a) 热场、US场、电场及光作为传统的活化过硫酸盐技术手段，在有机污染物去除中展现出优异的性能及广泛的应用前景，其效能、活化机理和实际应用价值被详细地研究，是目前研究较为深入的外场效应强化过硫酸盐活化手段. 然而，其能源利用率、经济成本等与实际应用相关的部分仍需进行探究.
b) WMF辅助过硫酸盐活化技术的研究重点均集中于通过WMF强化Fe0及相关复合物活化过硫酸盐的效能，而未有研究讨
论WMF在其他材料上的应用潜力. 未来的研究除了着眼于WMF和预磁化的Fe0的商业应用价值和实际应用潜力的探索外，还需尝试开发利用WMF提高过硫酸盐活化的其他方法，通过比较筛选更加经济高效的活化手段.
c) 压电效应活化过硫酸盐技术作为新兴的技术手段，其相关的研究报告非常少. 虽然目前的研究表明压电效应活化过硫酸盐是去除有机污染物的有效方法，但压电材料和压电源的选择以及压电活化过硫酸盐的机理等内容依然存在空白，未来需进行更深入的探索.
d) 目前，已有文献使用多场耦合活化过硫酸盐技术对有机污染物进行去除. 由于不同场的辅助机理和活化过硫酸盐的能力不同，后续研究应考虑多场耦合的可行性及兼容性问题，并考虑多场耦合的成本及实际应用潜力.
e) 除有机污染物外，降解过程中产生的降解副产物也可能对实际环境造成威胁. 后续研究应探究降解副产物的生态毒性，并以污染物的矿化作为环境修复的最终目的. 此外，环境污染水体中一般存在不止一种污染物，有必要以实际污染水体为对象，探究外场效应强化下过硫酸盐活化技术去除多种污染物的效果.
参考文献(References)：
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removal of antibiotic pollutants using photocatalytic oxidation
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WANG X D, YIN R L, ZENG L X, et al.A review of graphene-［2］
136环 境 科 学 研 究第 35 卷
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