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水处理技术中硫基纳米粒子（SNPs）增强高级氧化过程（AOPs）的研究进展，包括光催化、超声、热力学等协同机制，分析其高效降解有机污染物和重金属的机理，探讨规模化应用中的能量消耗、催化剂稳定性及与可再生能源整合的优化策略。
作者：Shanmugam Palanisamy, Dhanush Karikala, Arashan, Giriharish Arumugam, Deepak Krishna Moorthy, Pranav Shankaran
所属机构：印度埃罗德Nandha工程学院化学工程系（地址：Erode-638052）
摘要
随着工业、农业和家庭活动的污染程度不断加剧，创新性的废水处理方法变得至关重要。为了应对水资源短缺问题，通过创新的水处理技术生产清洁水源受到了广泛关注。传统方法在有效去除复杂有机污染物方面往往效果不佳，因此人们开始探索高级氧化工艺（AOPs），这些工艺利用羟基自由基等高活性物质来降解污染物。基于硫的纳米颗粒（SNPs）因具有较大的表面积、高反应性和环境兼容性等独特特性，成为这些工艺中的有前景的催化剂。本文综述了将SNPs应用于AOPs以处理废水的方法和工艺，详细介绍了紫外线（UV）辐射、红外（IR）辐射、超声波、热处理、声空化、水动力空化、催化过程和高压放电等技术。尽管这些方法在降解顽固污染物方面具有显著优势，但仍需解决可扩展性、能耗和催化剂稳定性等问题。此外，本文还探讨了工艺优化、与可再生能源的整合以及混合系统的开发潜力。SNP增强型AOPs的实施有助于推动废水处理技术的发展，从而实现更清洁的水质、减少环境影响，并促进可持续的未来。
章节摘录
引言
纺织行业是全球用水量最大的行业之一，其产生的废水中含有重金属、化学物质和色素。这些企业的未经处理的废水会污染发展中国家的水源，威胁公共健康并阻碍清洁水的供应。因此，开发环保且经济可行的废水处理技术（如物理化学方法、生物处理方法及其组合）对于构建可持续的工业生态系统至关重要。
废水处理
高级氧化工艺（如使用紫外线、过氧化氢和适当接触器的臭氧氧化）被用于废水处理，以有效分解污染物并去除颜色。为降低纺织废水的环境影响，必须建立相应的处理设施。通过电凝聚与臭氧氧化相结合的方法，可以高效去除废水中的颜色并降低其毒性。
反应机理
SO?2? → •OH? + SO?2?
•OH? + SO?2? → SO?• + OH?
Mn? + SO?2? → Mn(n+1)? + SO?2?
DISCHARGE:
SO?• + H?O → HSO?? + •OH
HSO? → SO?• + H?
DEGRADATION:
HO?? + S?O?2? → SO?• + SO?2? + H? + O?
Mn? + S?O?2? → Mn(n+1)? + SO?• + SO?2?
HSO?? + SO?• → SO?• + H?O
紫外线（UV）辐射
UV-AOPs是一种先进的废水处理工艺，利用紫外线和氧化剂自由基来分解废水中的污染物。选择该工艺时，纳米颗粒作为氧化剂的使用、停留时间、流速以及电能等因素至关重要。Abdullah Yasar等人（2006年）的研究表明，在pH 8、温度25°C的条件下，将废水在300 mg/h的臭氧浓度下处理10分钟后，可完全去除颜色并去除96%的COD。
挑战与机遇
SNPs可通过多种机制显著增强有机污染物的分解效果；这些工艺产生的化学残留物极少，具有环境友好性；通过激活其他催化剂，SNPs还能提高降解效率；某些基于SNPs的方法比传统方法能耗更低；此外，SNPs具有广泛的适用性。
展望
未来，开发更高效的SNPs合成方法，并将其整合到现有的废水处理系统中，将显著提升工业废水的处理效果。同时，结合多种AOPs的混合系统有望克服单一工艺的局限性。采用可再生能源为这些工艺提供动力对于实现可持续发展至关重要。
未来建议
1. 在实验室基础上开展试点和工业规模测试，以评估大规模应用的可行性。
2. 提高SNPs的稳定性和可回收性，以降低运营成本。
3. 将AOPs与太阳能、风能或水力发电等可再生能源相结合，以减少能源需求。
4. 将SNP增强型AOPs与膜分离、生物处理或吸附工艺结合，实现协同污染物去除。
5. 进一步研究SNPs的生命周期特性。
结论
本文表明，基于硫的纳米颗粒（SNPs）显著提高了高级氧化工艺（AOPs）在废水处理中的效率。SNPs有助于更有效地降解顽固污染物，提升颜色和COD的去除效果，并降低处理后废水的毒性。其独特的性质（如高表面反应性和环境兼容性）使其成为紫外线、超声波、催化等AOP技术的理想催化剂。
作者贡献声明
Shanmugam Palanisamy：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、研究指导、数据分析及概念构思。
Arashan Dhanush Karikala：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、指导、资源协调、资金申请、数据分析及概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。
致谢
作者衷心感谢Nandha教育信托基金提供的SEED资助（项目编号：NEC/R&D/CFIR/2024-25/SEED Grant Phase-2/Project 01）。
