高鐵酸鹽的制備及其在水和廢水處理中的應(yīng)用

劉文芳，趙穎 ，蔡亞君，李曉光，李曹樂，唐軍

1.武漢紡織大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430073

2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

3.廣東省浩藍(lán)環(huán)保水污染治理院士工作站，廣東 廣州 510630

近年來(lái)，一種綠色、無(wú)機(jī)、多功能強(qiáng)氧化劑高鐵酸鹽受到國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注。高鐵酸鹽已廣泛應(yīng)用于紡織、漂白、消毒、電池電極等方面。高鐵酸鹽以鐵的六價(jià)形態(tài)存在，高鐵酸鉀是其主要化合物。其與高錳酸鉀具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的氧化劑(O3、Cl2、H2O2、KMnO4)相比，高鐵酸鹽具有更高的氧化還原電位［1］，其用于水處理具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì):1)還原產(chǎn)物是無(wú)任何毒副作用的三價(jià)鐵氫氧化物，不會(huì)對(duì)水體造成二次污染;2)同時(shí)具有氧化、吸附、絮凝、殺菌、消毒等多功能性質(zhì);3)應(yīng)用范圍廣，在整個(gè)pH 范圍內(nèi)均具有良好效果;4)氧化速度快且降解速率均勻;5)操作方便且殺菌力強(qiáng)。因此，高鐵酸鹽是集氧化、殺菌、消毒、吸附、絮凝及助凝為一體，安全無(wú)任何毒副作用的多功能高效水處理藥劑，在水處理應(yīng)用領(lǐng)域中具有重要的研究開發(fā)和應(yīng)用前景。

基于高鐵酸鹽的基本性質(zhì)、合成及分析方法，以及目前人們對(duì)高鐵酸鹽在環(huán)境污染控制中的認(rèn)識(shí)，筆者綜述了高鐵酸鹽的發(fā)展現(xiàn)狀及其在水與廢水處理中的應(yīng)用，以期為高鐵酸鹽大規(guī)模運(yùn)用于水與廢水處理領(lǐng)域提供借鑒。

1 高鐵酸鹽的合成及分析方法

1.1 高鐵酸鹽的合成

高鐵酸鹽的合成方法主要有干式氧化法、濕式氧化法和電化學(xué)氧化法3 種。

1.1.1 干式氧化法

干式氧化法又稱固相熔融法，是指在苛性堿的存在下，將具有氧化性或高溫下可分解成為具有氧化性物質(zhì)的化合物與鐵屑或含鐵化合物充分混合進(jìn)行高溫熔融制備高鐵酸鹽的方法。比較典型的是Y.K.Kiselev 等［2］提出的在O2氣流保護(hù)下，溫度控制在350 ～370 ℃，鍛燒Fe2O3和K2O2的混合物，制備得到K2FeO4晶體。由于該法在制備高鐵酸鹽的過(guò)程中會(huì)放出大量的熱，升溫速度過(guò)快，反應(yīng)過(guò)程中有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，因此該制備方法實(shí)際應(yīng)用的較少。近年來(lái)，L.Ninane 等［3］提出了一種新的干法工藝，目的在于提高高鐵酸鹽的產(chǎn)量，以滿足高鐵酸鹽廣泛應(yīng)用于實(shí)際水處理中的需要。在該工藝中，以硫酸亞鐵、氫氧化鉀、次氯酸鈣(或氯)3 種化學(xué)試劑為原料，由于其主要原料硫酸亞鐵來(lái)源于二氧化鈦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢物，因此可降低高鐵酸鹽的生產(chǎn)成本。

1.1.2 濕式氧化法

濕式氧化法又稱次氯酸鹽氧化法，該法最早是在1948年由J.M.Schreyer［4］提出的，其制備方法為先將三價(jià)鐵鹽溶于濃堿液制備氫氧化鐵，然后用次氯酸鹽將氫氧化鐵氧化制得高鐵酸鹽。1951年，G.W.Thompson 等［5］在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了制備與純化過(guò)程，選用硝酸鐵為鐵源，依次采用苯、乙醇、乙醚對(duì)粗產(chǎn)品進(jìn)行洗滌。此后，對(duì)濕式氧化法的改進(jìn)主要是從提高高鐵酸鹽產(chǎn)率、減小有機(jī)溶劑洗滌過(guò)程中對(duì)人體健康和環(huán)境造成損害的角度進(jìn)行。盡管采用濕式氧化法合成高鐵酸鹽可使純度達(dá)到99%以上，但其中存在的堿金屬氫氧化物、氯化物和三氧化二鐵等雜質(zhì)仍然會(huì)促進(jìn)高鐵酸鹽純產(chǎn)品的分解。Y. D.Perfiliev 等［6］將臭氧通入Fe(OH)-4 溶液中制備高鐵酸鹽可改善這一現(xiàn)狀。其形成過(guò)程表示為:

1.1.3 電化學(xué)氧化法

目前應(yīng)用最為普遍的電化學(xué)氧化法是間接電合成法。其原理是在濃的強(qiáng)堿性溶液中，以鐵電極或惰性金屬(如Pt 等)作為陽(yáng)極，通入直流電電解含鐵溶液來(lái)制備高鐵酸鹽溶液，然后再與其相應(yīng)的堿或鹽發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)來(lái)制備高鐵酸鹽固體。其電極反應(yīng)過(guò)程如下:

大量研究［7-10］表明，傳統(tǒng)的電化學(xué)氧化法生產(chǎn)高鐵酸鹽產(chǎn)率受電流強(qiáng)度、陽(yáng)極組成、溶液溫度影響較大，最近，已有學(xué)者［11］研究在堿性條件下將硼摻雜金剛石電極應(yīng)用于高鐵酸鹽的合成中，電解過(guò)程主要分2 步:1)開始2 h，用不銹鋼作為電極，在130 A/m2、30 ℃條件下進(jìn)行電解;2)之后2 h，以硼摻雜的金剛石為電極，在相同條件下進(jìn)行電解。研究表明，第一階段的電氧化不受電荷消耗的影響，第二階段中由于硼摻雜金剛石的應(yīng)用，電極變質(zhì)和鈍化的現(xiàn)象不易發(fā)生。基于高鐵酸鹽的高生產(chǎn)成本和低穩(wěn)定性，為了將其更廣泛地應(yīng)用于實(shí)際廢水處理中，原位電化學(xué)合成［12-13］應(yīng)運(yùn)而生，該生產(chǎn)方式不僅省略高鐵酸鹽的運(yùn)輸，降低生產(chǎn)成本，而且提高了高鐵酸鹽的產(chǎn)率及實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性。

1.2 高鐵酸鹽的分析方法

高鐵酸鹽的分析方法主要為滴定法和分光光度法2 種。

1.2.1 滴定法

滴定法是高鐵酸鹽的傳統(tǒng)分析方法，主要為砷酸鹽滴定法、亞鉻酸鹽滴定法、循環(huán)伏安法、EDTA滴定法。砷酸鹽滴定法［14］是在堿性條件下，用過(guò)量的亞砷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液將高鐵酸鹽溶液還原為三水合氫氧化鐵，再用鈰酸鹽或溴酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的亞砷酸鹽溶液。由于高鐵酸鹽稀溶液易分解生成三價(jià)鐵化合物，而過(guò)多的Fe(Ⅲ)化合物對(duì)滴定終點(diǎn)變色會(huì)產(chǎn)生干擾作用，因此砷酸鹽滴定法不適合高鐵酸鹽稀溶液的分析。亞鉻酸鹽滴定法［15］的反應(yīng)機(jī)理與砷酸鹽滴定法相似，是在亞鉻酸鹽的強(qiáng)堿性溶液中，利用高鐵酸鹽將亞鉻酸鹽氧化為鉻酸鹽，再將生成的鉻酸鹽進(jìn)行酸化變?yōu)橹劂t酸鹽，最后用硫酸亞鐵銨進(jìn)行標(biāo)定。該法滴定終點(diǎn)變色明顯，實(shí)用性較高。循環(huán)伏安法［16］是基于鐵電極在堿性高鐵酸鹽溶液中測(cè)得的循環(huán)伏安曲線，通過(guò)高鐵酸根在曲線上對(duì)應(yīng)的還原峰的峰電流密度直接得到高鐵酸鹽溶液的濃度。與其他方法相比，高靈敏度是循環(huán)伏安法的顯著特點(diǎn)。EDTA 滴定法［17］是在分光光度法基礎(chǔ)上衍生出的新滴定法，該法是利用絡(luò)合滴定的原理，其具有操作簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用性高的特點(diǎn)。

1.2.2 分光光度法

分光光度法是基于定量分析滴定法發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代分析方法，主要為紫外-可見光譜法［18］、ABTS 顯色法［19］、顯色法［20］。紫外- 可見光譜法具有操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，一般用于較穩(wěn)定的pH 條件下，由于在波長(zhǎng)(λ)為510 nm 處高鐵酸鹽的吸光系數(shù)比較低(ε 為1 150 L/(mol·cm))，故其應(yīng)用范圍比較有限。ABTS 顯色法用于pH 為4.3 的酸性緩沖液條件下，高鐵酸鹽與無(wú)色試劑ABTS 反應(yīng)，生成呈綠色的穩(wěn)定性較強(qiáng)的自由基ABTS·+，它在λ 為415 nm 處具有明顯的吸收峰，該方法檢測(cè)限較低(0.03 ～35 μmol/L)，適于對(duì)低濃度的高鐵酸鹽溶液的分析與監(jiān)測(cè)。顯色法可在較寬的pH(5.5 ～9.0)范圍內(nèi)用于高鐵酸鹽的定量分析，該法是向pH為9.0，濃度為6.9 ～75.9 μmol/L的高鐵酸鹽溶液中添加過(guò)量的NaI，生成的在λ 為351 nm 處具有明顯吸收峰，且吸光值與高鐵酸鹽濃度呈良好線性關(guān)系;然而，該法存在的局限性是，當(dāng)溶液中存在有機(jī)物時(shí)的吸收光譜會(huì)受影響，此時(shí)應(yīng)扣除有機(jī)物的吸光值。表1 為3 種分光光度分析法特點(diǎn)的比較［20］。

表1 分光光度法檢測(cè)高鐵酸鹽濃度的比較［20］Table 1 Comparison of spectrosphotometric method to determine concentration of Fe(Ⅵ)in solution

2 高鐵酸鹽在水和廢水處理中的應(yīng)用

2.1 除藻

近年來(lái)，由于氮磷污染的影響，水體富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重，水體中大量的藻類會(huì)給飲用水處理帶來(lái)諸多問(wèn)題，嚴(yán)重影響飲用水的安全。運(yùn)用高錳酸鉀、氯等氧化劑進(jìn)行水處理均存在水體二次污染的問(wèn)題。高鐵酸鹽作為環(huán)境友好水處理劑具有明顯優(yōu)勢(shì)。

Ma J.等［21］進(jìn)行了高鐵酸鹽預(yù)氧化絮凝除綠藻類的效果和機(jī)理研究，結(jié)果表明，高鐵酸鹽預(yù)氧化對(duì)Al2(SO4)3·18H2O絮凝除藻具有明顯的促進(jìn)作用，能在減小絮凝劑投加量的同時(shí)提高去除效率。機(jī)理在于高鐵酸鹽的強(qiáng)氧化性可導(dǎo)致藻細(xì)胞破裂，胞內(nèi)物質(zhì)釋放到水體中易形成生物高聚物助凝劑，同時(shí)高鐵酸鹽的還原產(chǎn)物Fe(OH)3亦具有良好的助凝作用，從而起到對(duì)Al2(SO4)3·18H2O 絮凝除藻的促進(jìn)作用。苑寶玲等［22］對(duì)高鐵酸鹽氧化絮凝去除水中藻類(以顫藻和小球藻為例)的機(jī)制進(jìn)行了研究，通過(guò)觀察投加高鐵酸鹽前后藻類光合作用和呼吸作用變化的綜合結(jié)果來(lái)判斷殺菌效果。通過(guò)測(cè)定Zeta電位考察高鐵的強(qiáng)化絮凝作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高鐵酸鹽的強(qiáng)氧化性對(duì)藻類呼吸作用和生長(zhǎng)方式均有較大影響，同時(shí)少量高鐵酸鹽的投加可明顯影響藻類細(xì)胞表面的電動(dòng)電勢(shì)，強(qiáng)化對(duì)藻類的絮凝效果。劉立明等［23］對(duì)絮凝劑PAC 單獨(dú)絮凝及高鐵酸鹽預(yù)氧化協(xié)同絮凝劑PAC 去除水中銅綠微囊藻及其毒素進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明，采用高鐵酸鹽預(yù)氧化的效果明顯優(yōu)于單獨(dú)使用PAC 混凝劑的效果。當(dāng)8 mg/L高鐵酸鉀和8 ～16 mg/L 的PAC 聯(lián)合作用時(shí)，不僅絮凝沉降藻細(xì)胞，水體中的微囊藻毒素(MC-LR)也同時(shí)被高鐵酸鹽氧化去除了。劉偉等［24］針對(duì)水中有機(jī)物濃度和種類變化影響藻類的混凝去除效果，研究了高鐵酸鹽預(yù)氧化除藻工藝對(duì)水中溶解性有機(jī)物的影響規(guī)律，結(jié)果顯示，高鐵酸鹽的預(yù)氧化作用不僅提高了藻類的去除效率，而且能有效去除水中溶解性有機(jī)物。馬曉雁等［25］模擬高藻期堿性水源水，采用聚合氯化鐵(PFC)單獨(dú)絮凝、高鐵酸鉀及高錳酸鉀與PFC 聯(lián)用3 種方法對(duì)水中以顫藻為代表的藻類及微量嗅味污染物(二甲基三硫醚)進(jìn)行同步控制研究，也得到了類似的結(jié)果，即預(yù)氧化絮凝技術(shù)明顯優(yōu)于單獨(dú)混凝(除藻率最高為90.6%)技術(shù)，與高錳酸鉀相比，高鐵酸鹽具有氧化時(shí)間短且可同時(shí)高效除嗅的特點(diǎn)。

2.2 殺菌消毒

殺菌消毒是飲用水中必不可少的一道工序，加氯技術(shù)是目前應(yīng)用最普遍的消毒措施，基于氯化后水中產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物(DBPs)對(duì)人體健康存在潛在危害，已考慮用碘、溴、二氧化氯及臭氧等氧化劑來(lái)替代氯消毒，但研究表明，這些氧化劑會(huì)產(chǎn)生其他有毒副產(chǎn)物，仍然會(huì)在一定程度上對(duì)人類健康造成威脅。高鐵酸鹽在氧化消毒過(guò)程中產(chǎn)生的還原產(chǎn)物Fe(OH)3不僅具有較高的安全性，而且是一種良好的助凝劑。高鐵酸鹽在去除有害細(xì)菌和病毒的同時(shí)可有效去除水中的懸浮顆粒及重金屬離子［26-27］。作為一種高效、安全的水處理藥劑高鐵酸鹽被認(rèn)為可替代氯作為消毒劑，因而，在飲用水殺菌消毒領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣闊前景。

已有研究［28-30］表明，高鐵酸鹽對(duì)埃希氏大腸桿菌(E． coli)、F2 噬菌體病毒具有優(yōu)越的抑菌滅活作用。在pH 為8.2 的條件下，投加6 mg/L 高鐵酸鹽可在7 min 內(nèi)可殺死99%的大腸桿菌;在pH 為6.9的條件下，投加1 mg/L 高鐵酸鹽可在5.7 min 內(nèi)滅活99%的F2 噬菌體。Yuan B.L.等［31］運(yùn)用多功能藥劑高鐵酸鹽研究對(duì)藍(lán)藻微囊藻毒素(LR)的去除效果，結(jié)果表明，藍(lán)藻微囊藻毒素的毒質(zhì)易被高鐵酸鹽的氧化作用降解，毒素的去除效率主要受高鐵酸鹽的投加量、pH、反應(yīng)時(shí)間3 個(gè)因素的影響。同時(shí)，高鐵酸鹽的還原產(chǎn)物Fe(OH)3對(duì)水體中的TOC 有絮凝作用，可絮凝去除水體中50%的TOC。Jiang J.Q.等［32］將高鐵酸鹽與次氯酸鈉結(jié)合硫酸鐵或硫酸鋁對(duì)埃希氏大腸桿菌的去除效果進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高鐵酸鹽能在較小劑量、較短反應(yīng)時(shí)間及受溶液pH 影響較小的條件下達(dá)到與次氯酸鈉氧化/硫酸鐵或硫酸鋁絮凝殺菌相同的去除效果。Hu L.H.等［33］對(duì)高鐵酸鹽導(dǎo)致MS2 噬菌體失活進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，在pH 為7.0，25 °C 條件下，投加1.23 mg/L 高鐵酸鹽可導(dǎo)致99.99%的MS2 噬菌體失活，證實(shí)了高鐵酸鹽對(duì)水體微生物污染具有良好的去除功能。

2.3 重金屬離子的去除

重金屬是水體中具有潛在危害的一類重要污染物，目前備受關(guān)注的主要有汞、砷、鎘、鉻、鉛等，它們對(duì)生物體具有顯著毒害作用，在水體中無(wú)法被微生物分解，且易在生物體內(nèi)富集，通過(guò)生物放大作用危害人類健康。由于重金屬離子在水體中的存在形態(tài)多樣化且易轉(zhuǎn)化，常規(guī)的混凝工藝對(duì)多數(shù)重金屬離子的去除效果均不理想，而高鐵酸鹽的預(yù)氧化作用可促進(jìn)后續(xù)的絮凝效果，從而提高對(duì)重金屬的去除效率。

梁詠梅等［34］的研究表明，高鐵酸鹽的預(yù)氧化作用對(duì)于水中微量鉛、鎘的去除具有良好的促進(jìn)效果，投加1 mg/L 高鐵酸鹽與單獨(dú)使用硫酸鋁混凝相比，可使原水中濃度為250 μg/L 的Pb 和50 μg/L 的Cd去除率提高20%左右;劉偉等［35］進(jìn)行了高鐵酸鹽預(yù)氧化去除地表水中錳的試驗(yàn)，結(jié)果表明，單獨(dú)硫酸鋁混凝、沉淀對(duì)水中錳的去除沒有明顯作用，而高鐵酸鹽預(yù)氧化能顯著提高錳去除率。苑志華等［36］對(duì)高鐵酸鹽去除重金屬進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，pH 對(duì)高鐵酸鹽去除Pb、Cd、Fe、Zn、Mn 和Cu 均有較大影響，在pH 為10，加藥量為30 mg/L 時(shí)，去除率為56.9% ～94.4%;當(dāng)pH 為8.3，加藥量為30 mg/L 時(shí)，高鐵酸鉀能促使礦井水中超標(biāo)的Pb、Cd 和Fe 達(dá)到GB 5749—2006《國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)對(duì)礦井水中未超標(biāo)低濃度Mn 的去除率為53.7%。V.K.Sharma 等［37］用高鐵酸鹽對(duì)工業(yè)廢水中氰化物、硫氰酸鹽、銅(Ⅰ)氰化物進(jìn)行去除研究發(fā)現(xiàn)，高鐵酸鹽能將毒性較強(qiáng)的氰化物轉(zhuǎn) 化 為 無(wú) 毒 性 的 氰 酸 酯。J. Amita 等［38］用Fe(Ⅵ)、Fe(Ⅵ)/Fe(Ⅲ)氯鹽、Fe(Ⅵ)/Al(Ⅲ)氯鹽3 組水處理試劑對(duì)水體中砷的去除做了對(duì)比研究，結(jié)果表明，F(xiàn)e(Ⅵ)/Al(Ⅲ)氯鹽比其他2 組去除效率更高，在最佳pH 為6.5 的條件下，將水體中的總砷濃度由500 μg/L 降低至1.45 μg/L，滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)(小于10 μg/L)。M. Lim 等［39］對(duì)高鐵酸鹽同時(shí)去除河水中重金屬(Cu、Mn、Zn)和天然有機(jī)顆粒物(NOM)進(jìn)行了研究，向濃度為0.1 mmol/L 的重金屬溶液中，投加0.03 ～0.7 mmol/L(以Fe 計(jì))的高鐵酸鹽時(shí)，Cu、Mn 和Zn 的去除率分別為28% ～99%、22% ～73%和18% ～100%，且重金屬的去除率隨著pH 的升高而呈遞增趨勢(shì);而當(dāng)水樣中同時(shí)含有0.1 mmol/L 重金屬和10 mg/L天然有機(jī)顆粒物時(shí)，投加相同劑量高鐵酸鹽時(shí)，高鐵酸鹽對(duì)重金屬Cu、Zn、Mn 和天然有機(jī)顆粒物的去除效果更好，去除率分別為87% ～100%、31% ～81%、11% ～100%和33% ～86%?？梢姼哞F酸鹽對(duì)河水中的重金屬亦具有較好的去除效率。

2.4 有機(jī)污染物及新興微污染物的去除

飲用水中存在的大量有機(jī)物不僅對(duì)人體健康會(huì)產(chǎn)生巨大危害，同時(shí)有機(jī)物在水中起到分散劑的作用，阻礙顆粒間的結(jié)合，增加了水中膠體物質(zhì)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致凝聚過(guò)程中混凝劑投加量的增加。高鐵酸鹽的預(yù)氧化能破壞有機(jī)物對(duì)膠體顆粒的保護(hù)，使膠體粒子脫穩(wěn)，從而起到助凝的作用。同時(shí)，高鐵酸鹽在被還原的過(guò)程中能產(chǎn)生大量的正價(jià)態(tài)水解產(chǎn)物，它們同最終產(chǎn)物Fe(OH)3一起達(dá)到助凝、吸附共沉淀去除有機(jī)污染物的目的。因此高鐵酸鹽對(duì)飲用水中的有機(jī)污染物及新興微污染物具有較好的去除效果。

大量研究［40-45］表明，高鐵酸鹽可有效降解水中不同類型的有機(jī)污染物，如醇類化合物、羧酸類化合物、酚類化合物、有機(jī)硫化合物、染料等，產(chǎn)生對(duì)水體無(wú)毒害作用的Fe(OH)3。近年來(lái)許多研究集中于高鐵酸鹽對(duì)新興微污染物的去除效果及機(jī)理研究，如Lee Y.等［46］研究了幾種強(qiáng)氧化劑(氯、溴、臭氧、羥基自由基、二氧化氯及高鐵酸鹽等)在處理含類固醇雌激素廢水過(guò)程中對(duì)抑制雌激素(以17α-乙炔基雌二醇(EE2)為例)活性的效果，結(jié)果表明，在數(shù)分鐘甚至數(shù)秒的時(shí)間內(nèi)，高鐵酸鹽可有效去除水中的雌激素EE2。Lee Y.等［47］進(jìn)行了Fe(Ⅵ)去除酚類化合物和酚類內(nèi)分泌干擾物的氧化動(dòng)力學(xué)研究，結(jié)果表明，在pH 為7 的條件下，高鐵酸鹽對(duì)3種特定的酚類內(nèi)分泌干擾物(17α-乙炔基雌二醇、β-雌二醇、雙酚A)的表觀二階常數(shù)為6.4 ×102～7.7 × 102L/(mol·s)，取 代 酚 的 表 觀 二 階 常 數(shù) 為6.6 ～3 600 L/(mol·s)，研究表明，高鐵酸鹽對(duì)存在于水體中的其他潛在的酚類內(nèi)分泌干擾物具有良好的去除功能。Hu L.等［48］對(duì)Mn(Ⅶ)和Fe(Ⅵ)氧化去除水和廢水中的微污染藥物卡馬西平進(jìn)行了反應(yīng)動(dòng)力和機(jī)理研究，結(jié)果顯示，二者對(duì)卡馬西平的快速氧化均是以烯烴基親電子攻擊中央雜環(huán)的方式導(dǎo)致開環(huán)和產(chǎn)生一系列有機(jī)氧化產(chǎn)物。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遵循廣義二階速率定律。甲氧芐氨嘧啶(TMP)是地表水和市政污水中較常見的一種抗菌藥劑，A. K.George 等［49］對(duì)高鐵酸鹽氧化去除TMP 的動(dòng)力學(xué)、氧化產(chǎn)物及氧化產(chǎn)物的抗菌性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，高鐵酸鹽氧化TMP 的路徑是TMP 分子分裂成最終產(chǎn)物3，4，5-三甲氧基苯甲醛和2，4-二硝基化合物，且分裂產(chǎn)物的混合物不再具有抗菌性能。因此，高鐵酸鹽可用于城市二級(jí)污水處理出水中TMP 的去除。基于地表水和城市二級(jí)污水處理出水中存在磺酰胺類藥物抗菌劑這種新型微污染物的現(xiàn)狀，V. K. Sharma 等［50］對(duì)高鐵酸鹽氧化去除磺胺類藥物(磺胺異惡唑、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺甲惡唑等)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，高鐵酸鹽對(duì)于去除水中磺胺類藥物并降低其毒性具有實(shí)際的應(yīng)用潛能。

3 展望

目前大量研究主要集中在將高鐵酸鹽用于實(shí)際水與廢水處理中，包括對(duì)高鐵酸鹽合成工藝的改進(jìn)以提高高鐵酸鹽的產(chǎn)率及穩(wěn)定性;對(duì)將高鐵酸鹽用作水處理絮凝劑、消毒滅菌劑和氧化劑的研究已證實(shí)，高鐵酸鹽在去除水中的有害微污染物、重金屬、懸浮顆粒物、天然及合成有機(jī)物、減少氯消毒副產(chǎn)物等方面具備顯著優(yōu)勢(shì)。

將高鐵酸鹽用于處理新興微污染物(如藥物類、個(gè)人保健品及內(nèi)分泌干擾物)的高級(jí)氧化工藝中，實(shí)現(xiàn)高鐵酸鹽的在線生產(chǎn)和應(yīng)用以及將高鐵酸鹽技術(shù)用于大規(guī)模水處理領(lǐng)域等仍然是未來(lái)的發(fā)展方向。

基于高鐵酸鹽在推廣應(yīng)用中存在的上述問(wèn)題，結(jié)合目前的相關(guān)研究成果，高鐵酸鹽在水和廢水處理應(yīng)用中亟需解決以下問(wèn)題:進(jìn)一步優(yōu)化高鐵酸鹽原位合成技術(shù)，包括工藝、反應(yīng)器系統(tǒng)等以提高高鐵酸鹽的產(chǎn)率;研究高鐵酸鹽投加點(diǎn)、投加方法、投加設(shè)施和混合體系對(duì)其在水處理中的性能影響;研究水質(zhì)特點(diǎn)對(duì)高鐵酸鹽用作氧化劑和消毒劑發(fā)揮效能的影響;對(duì)高鐵酸鹽降解水中多種微污染物時(shí)產(chǎn)生的潛在副產(chǎn)物的毒性進(jìn)行系統(tǒng)研究，以確保飲用水的安全性;進(jìn)行高鐵酸鹽的大規(guī)模應(yīng)用試驗(yàn)以證實(shí)其在實(shí)驗(yàn)室研究中獲得的水處理性能，同時(shí)對(duì)高鐵酸鹽的經(jīng)濟(jì)適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

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