基于半胱氨酸-铜协同强化芬顿处理焦化废水的新策略：氯离子去除与铁泥循环利用的机制研究

本研究针对焦化废水中高浓度Cl- 抑制芬顿(Fenton)反应效率的难题，创新性地提出半胱氨酸(Cys)-Cu2+ 协同预处理策略。通过比较超高高石灰铝(UHLA)、抗坏血酸和Cys三种Cl- 去除方法，发现Cys-Cu体系在宽pH范围内具有最优Cl- 去除效率(97.9%)，同时利用铁泥作为铁催化剂实现Fe3+ /Fe2+ 循环强化，使酚类化合物(PCs)和COD去除率分别达92.3%和74%，为高盐工业废水处理提供了可持续解决方案。

　　

焦化废水作为煤化工行业的典型高浓度有机废水，含有大量酚类化合物(PCs)和氯化物，其生物毒性严重制约传统处理工艺效率。尽管芬顿(Fenton)氧化技术因其强氧化能力(HO^•
自由基)被广泛采用，但废水中Cl^-
会与HO^•
反应生成低活性Cl₂
^•-
，同时Fe-Cl络合物形成会破坏Fe³⁺
/Fe²⁺
循环。更棘手的是，传统芬顿过程产生含铁污泥(含50%铁氧化物)存在二次污染风险。如何突破Cl^-
抑制并实现铁泥资源化，成为工业废水处理领域的重大挑战。

河南科研团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究中，创新性地将半胱氨酸(Cys)化学还原与铜催化相结合，开发出"预处理-催化强化"双功能体系。研究采用对比实验法系统评估UHLA、抗坏血酸和Cys三种Cl^-
去除工艺，结合动力学分析和离子追踪技术，阐明Cu²⁺
/Cu⁺
在促进H₂
O₂
活化与Fe循环中的作用机制。

材料与方法
研究以实际焦化废水为对象，对比三种Cl^-
去除方法：UHLA法通过形成Ca₄
Al₂
Cl₂
(OH)₁₂
沉淀；抗坏血酸法基于Cu⁺
生成CuCl沉淀；Cys法则利用其巯基(-SH)的宽pH还原特性。采用铁泥作为芬顿铁源，通过批次实验优化n(Cu):n(Cys):n(Cl)=1.5:1:1的配比，结合电子顺磁共振(EPR)检测活性氧物种。

Optimal dosages of Cl^-
removal
实验发现Cys-Cu体系在pH 3-11范围内保持稳定Cl^-
去除率(>90%)，显著优于UHLA法(pH 11-12.5)和抗坏血酸法(pH<3)。EPR证实体系产生HO₂
^•
/O₂
^•-
作为关键介质，Cu²⁺
通过Fe-Cu-醌类氧化还原网络加速电子传递。

Conclusion
该研究实现三大突破：(1)Cys-Cu预处理使Cl^-
去除率达97.9%，破解传统芬顿的Cl^-
抑制瓶颈；(2)残留Cu²⁺
与铁泥形成协同催化体系，PCs和COD去除率较传统工艺提升40%以上；(3)铁泥重复使用4次仍保持83.2%(PCs)和68%(COD)的去除效率。这种"以废治废"策略为高盐废水处理提供了新范式，其宽pH适应性尤其适合工业应用。

研究创新点在于首次将生物源性Cys引入工业废水预处理，其环境友好特性区别于传统化学药剂。值得注意的是，Cu²⁺
在体系中扮演"双功能角色"：既参与Cl^-
沉淀，又促进Fe³⁺
还原为Fe²⁺
。该工作为复杂组分工业废水的催化氧化处理提供了理论依据和技术原型，相关机制可拓展至其他含卤素有机废水处理领域。