同济大学何品晶课题组WR：芬顿降解废水中难降解有机污染物该何去何从？

第一作者：Qi Chen通讯作者：何品晶 教授通讯单位：同济大学环境科学与工程学院论文DOI：10.1016/j.watres.2022.119479
成果简介

由于·OH对溶解性有机物（DOM）的非选择性和高效降解，Fenton工艺已成为一个研究热点。然而，传统的Fenton(CF)仍存在许多挑战和瓶颈。近日，同济大学环境科学与工程学院何品晶教授课题组在环境领域知名期刊Water Research发表了题为“Where should Fenton go for the degradation of refractory organic contaminants in wastewater?”的综述性论文。该论文首次全面了解了Fenton工艺降解DOM的机理，包括腐殖质物质的各个子类、新兴微量污染物(包括持久性有机污染物、内分泌干扰化学品、药物和个人护理产品)，以及腐殖质和低分子量有机酸对痕量污染物去除的干扰。此外，在已有研究的基础上，对CF与三种类Fenton技术（光-Fenton、电-Fenton、超声-Fenton）的经济性进行了统计比较，为工程应用提供参考。此外，对近年来研究较多的多相Fenton催化剂的种类和特点进行了简要概述，并对其催化剂进行了比较。最后，本文提出了未来可能的研究方向。

A、Fenton法降解DOM的机理研究

 

 

▲Fig. 1. Removal pathways of humic substances by the Fenton process.

 

▲Fig. 2. Reaction rate constants of ·OH with POPs (a), EDCs (b), and PPCPs (c). The reactions of ·OH with various POPs and PPCPs follow second-order kinetics while the reactions of ·OH with various EDCs follow pseudo-first-order kinetics.

 

▲Fig. 3. Selected reaction pathways of ·OH attack on trace contaminants (e.g., neutral bisphenol A).
B、CF与三种类Fenton技术的经济比较分析

 

▲Fig. 4. Removal efficiency of CF and three Fenton-like technologies on contaminants. CF: Conventional Fenton; PF: Photo-Fenton; EF: Electro-Fenton; UF: Ultrasonic-Fenton; DOM (trace): trace contaminants (POPs, EDCs, and PPCPs)

 

▲Fig. 5. Chemical consumption (a) and operational costs (b) of CF and three Fenton-like technologies. CF: Conventional Fenton; PF: Photo-Fenton; EF: Electro-Fenton; and UF: Ultrasonic-Fenton 

C、改进常规Fenton工艺的现状与展望

 

 

▲Fig. 6. Various categories of heterogeneous Fenton catalysts.

 分析）显示，·OH对HS和微量污染物的攻击机制以及它们在Fenton工艺中各自的子类别是不同的。腐殖质（HS）被·OH降解的优先级仍然必须使用单组分和多组分测序实验来确定。然而，结合PF、EF和UF等能源来优化芬顿过程似乎受到高成本和低能量转换率导致的不稳定性的困扰。为了进一步改善Fenton工艺，衍生出了几种铁催化剂作为FeSO₄的替代品；然而，许多未探索的方面，如铁基和铁矿石基催化剂的流动性，以及用于DOM吸附和降解的铁负载催化剂的定义，需要进一步调查。此外，可能值得研究的是，是否可以将人工智能相关技术纳入Fenton工艺，以精确控制针对目标DOM分子的化学剂量。基于上述分析，可以从机制和不同优化方法的角度重新审视Fenton工艺，这可能有助于推动其对难降解有机污染物的选择性降解，并改进各种优化方法，以实现精确的化学剂量，并以节能和低碳的方式改善污水质量。