电子束-过硫酸盐体系能有效减少多环芳烃和六价铬的排放：环境因素影响及作用机制分析

《Journal of Contaminant Hydrology》：Electron beam-persulfate system effectively reduces polycyclic aromatic hydrocarbons and Cr(VI) emissions: Environmental matrix impact and mechanism analysis

电子束-过硫酸盐协同系统高效去除多环芳烃（如萘）并还原六价铬，降解效率较单一电子束提升2.5倍，Cr(VI)去除率达97.6%，且系统稳定性受环境参数（pH、离子浓度等）影响较小，无二次污染风险。

　　本研究探讨了一种新的污染物处理技术，即电子束与过硫酸盐联合体系。该技术被证明能够有效去除多环芳烃（PAHs）和重金属（HMs），特别是在处理复合污染物时展现出优越的性能。随着工业化进程的加快，煤炭化工行业排放的污染物日益增多，其中PAHs和重金属是主要的有害成分。PAHs具有广泛的分布和持久性，难以被传统方法有效清除。而重金属则因其高毒性和生物累积性，对人类健康构成潜在威胁。由于这些污染物在环境中可能形成复合物，使得其去除变得更加复杂。

在实际应用中，传统的物理处理方法，如过滤、膜分离和沉淀，对于去除PAHs和重金属的效果有限。而先进的氧化工艺（AOPs）则通过使用强氧化性自由基（如羟基自由基•OH和硫酸盐自由基•S?O??）来降解污染物，近年来在废水处理中得到了广泛应用。然而，在面对PAHs和重金属的复合污染时，单一的氧化或还原过程难以同时满足两者的去除需求。例如，PAHs需要通过氧化性自由基进行降解，而重金属则需要通过还原性自由基进行去除。因此，开发一种能够同时处理这两种污染物的技术成为当务之急。

电子束作为一种高效的辐射技术，能够直接或间接分解污染物，尤其适用于有机污染物的降解。电子束在水溶液中可以激发水分子，生成多种反应性物种，如羟基自由基和水合电子。这些反应性物种在污染物去除过程中发挥关键作用。羟基自由基具有较强的氧化能力，而水合电子则具备一定的还原能力。因此，电子束技术被认为是一种有潜力的处理手段，能够同时处理PAHs和重金属。

为了进一步提升处理效果，研究者尝试将电子束与过硫酸盐联合使用。过硫酸盐是一种高活性的氧化剂，具有较强的氧化能力，并且在常温下表现出非选择性和稳定性。这种特性使得过硫酸盐成为一种理想的氧化剂，能够与电子束协同作用，提高污染物的去除效率。实验结果显示，电子束-过硫酸盐体系在去除多环芳烃（如萘）和重金属（如六价铬）方面具有显著优势。在电子束-过硫酸盐体系中，萘的降解速率比单独使用电子束提高了2.5倍，而六价铬的还原效率达到了97.6%。此外，该体系在去除萘方面的处理效率比单独使用过硫酸盐提高了8倍，能够在10 kGy的辐射剂量下实现完全降解，并且降解过程符合伪一级动力学模型。

实验分析还表明，电子束-过硫酸盐体系具有良好的稳定性，其处理效果受到环境因素（如pH值、液深、无机离子的种类和浓度）的影响较小。这一特性使得该体系能够在多种复杂环境中保持高效运行，为污染物的去除提供了新的途径。同时，该体系在处理过程中不会产生污泥，因此具有较高的环境友好性。

在实验设计方面，研究者使用了线性电子束加速器（Pioneer Electric Company GJ-2-II）进行电子束的照射，该加速器能够产生高达2 MeV的能量。实验过程中，研究人员将含有PAHs和重金属的溶液样本置于玻璃培养皿中，以确保实验条件的可控性。通过使用弗里克剂量计，研究人员能够准确测量吸收剂量，从而评估处理效果。

此外，研究者还探讨了不同氧化剂和还原剂对污染物去除的影响。实验中使用的氧化剂包括过氧化氢（H?O?）和过硫酸盐（K?S?O?），而使用的还原剂为甲酸（HCOOH）。尽管已有研究涉及这些氧化剂和还原剂在污染物处理中的应用，但关于其对萘降解和六价铬还原的具体影响仍缺乏系统研究。因此，研究者尝试将电子束与这些氧化剂和还原剂联合使用，以评估其对污染物去除的协同效应。

研究结果表明，电子束-过硫酸盐体系在去除PAHs和重金属方面表现出良好的协同效应。与其他氧化剂或还原剂相比，该体系在去除PAHs和重金属方面的效果更为显著。例如，电子束-过硫酸盐体系在去除六价铬方面的效率远高于单独使用过氧化氢或甲酸。这一发现为开发高效的复合污染物处理技术提供了重要的依据。

在实验分析过程中，研究人员还通过自由基淬灭实验和降解产物分析，探讨了污染物去除的具体机制。自由基淬灭实验可以确定哪些自由基在降解过程中起主导作用，而降解产物分析则能够揭示污染物在处理过程中的转化路径。这些实验方法为理解电子束-过硫酸盐体系的反应机制提供了科学支持。

综上所述，电子束-过硫酸盐体系是一种高效且稳定的污染物处理技术，能够同时去除PAHs和重金属。该体系在多种复杂环境中表现出良好的适应性，且处理过程中不会产生污泥，具有较高的环境友好性。因此，该技术为复合污染物的处理提供了新的思路和方法，具有广阔的应用前景。