热活化过硫酸盐静态与动态再生饱和活性炭：低成本环境友好型水处理技术研究

本研究针对活性炭吸附饱和后再生能耗高、二次污染等问题，创新性采用热活化过硫酸盐（KPS）氧化技术，通过静态（水浴）和动态（流动床）两种方法再生氧氟沙星饱和活性炭。实验确定静态法最佳条件为10 mmol/L KPS、25% H2O2、pH 7、60°C、2 h，再生率56.19%；动态法最优参数为100 mM KPS、85°C、5 cm碳层高度、10 mL/min流速、1.5 h，再生率52.5%。该技术为水处理设施提供低能耗、高效益的活性炭再生方案。

　　

在现代水处理系统中，活性炭因其卓越的吸附性能成为去除有机污染物的核心材料。然而，随着磺胺类抗生素如氧氟沙星在水体中的广泛检出，活性炭吸附饱和后的再生问题日益凸显。传统高温热再生法虽有效，但存在能耗高（需700°C以上）、碳损失率大（达10-15%）及二次污染风险。更棘手的是，不同污染物导致活性炭失活机制各异，亟需开发普适性再生技术。在此背景下，热活化过硫酸盐（Persulfate）氧化技术因其能产生强氧化性硫酸根自由基(SO₄^•?)，且试剂稳定易储存，成为环境修复领域的新星。

中国研究团队通过系统实验，首次对比了静态（水浴）与动态（流动床）两种热活化过硫酸钾（KPS）再生模式的效能。关键技术包括：1）建立氧氟沙星饱和活性炭模型；2）采用单变量法优化静态再生参数（KPS浓度、H₂O₂添加量、pH等）；3）设计动态再生固定床实验装置，考察流速、碳层高度等流体力学因素；4）通过吸附容量恢复率评估再生效率。

静态再生研究
通过控制KPS浓度梯度（5-20 mmol/L），发现10 mmol/L时自由基生成与碳基质损耗达到平衡。添加25% H₂O₂可协同产生羟基自由基(•OH)，但过量会导致活性炭孔结构坍塌。中性条件（pH 7）最利于SO₄^•?稳定存在，60°C下反应2小时实现56.19%再生率，较传统热法降低能耗约65%。

动态再生研究
流动体系在更高温度（85°C）和KPS浓度（100 mM）下运行，10 mL/min流速确保试剂与碳颗粒充分接触。5 cm碳层高度平衡压降与传质效率，1.5小时短时处理即达52.5%再生率。值得注意的是，动态法虽效率略低，但更适合工业化连续操作。

结论与意义
该研究证实热活化KPS再生技术兼具环境友好性与经济性：1）静态法适合小型水处理设施，操作简便；2）动态法为大规模应用提供工程参数；3）相比传统方法，碳损失率控制在5%以内。论文发表于《Journal of the Indian Chemical Society》，为水处理行业提供了一条符合"双碳"战略的绿色技术路径。尤其对含抗生素废水处理领域，该方法可有效解决活性炭再生过程中药物残留引发的抗性基因传播风险。