Erdite纳米棒活化PMS协同去除电镀废水中Cr(VI)与柠檬酸的机制研究

本研究针对电镀废水中的高毒性Cr(VI)和难降解有机物柠檬酸共存难题，开发了E/Erdite/PMS电催化体系。通过Erdite纳米棒活化过硫酸盐(PMS)产生自由基(•OH/SO4•?)和还原性硫物种(SH?/S2?)，实现Cr(VI)高效还原(99.7%)与柠檬酸完全矿化(100%)，为含铬废水处理提供绿色新策略。

　　

在金属加工和电镀行业蓬勃发展的背后，隐藏着一个棘手的环境难题——每年数百万吨含铬废水正威胁着生态系统和人类健康。这些废水中不仅含有毒性比Cr(III)高100倍的Cr(VI)，还混杂着具有氧化性的柠檬酸等有机配体，传统处理方法往往顾此失彼。更令人担忧的是，现有技术或产生二次污染（如化学沉淀法），或成本高昂（如离子交换），难以满足实际需求。

中国吉林大学（原文献中Huanyu Manufacturing Company合作单位）的研究团队独辟蹊径，从钢铁酸洗废水中"变废为宝"，开发出具有双功能特性的Erdite纳米棒。这项发表在《Journal of Water Process Engineering》的研究表明，这种形似细长圆柱（直径200nm，长度0.5-1μm）的新型材料，在电场辅助下能高效活化过硫酸盐(PMS)，如同"环境纳米卫士"般同步解决Cr(VI)和柠檬酸两大污染物。

研究团队运用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料结构，通过电化学测试评估催化性能，并采用自由基捕获实验揭示反应机制。在优化条件下（电流50mA，Erdite 0.3g/L，PMS 20mM），该系统展现出惊人效率：60分钟内Cr(VI)去除率99.65%，柠檬酸完全降解。

【Synthesis of erdite nanorods】
团队创新性地以酸洗废泥为铁源，与Na₂S·9H₂O在80℃下反应24小时，成功制备出高纯度Erdite纳米棒。这种"以废治废"的策略既降低了成本，又实现了资源循环。

【Characterization of erdite nanorods】
表征结果显示，材料中Fe²⁺和S^2?的协同作用构成催化活性中心。特别值得注意的是，电场环境显著增强了纳米棒的稳定性，避免了传统FeS催化剂易失活的缺陷。

【Conclusions】
该研究揭示了Erdite纳米棒的双重作用机制：一方面，PMS活化产生的^•OH和SO₄^•?将柠檬酸彻底矿化为CO₂和H₂O；另一方面，材料水解产生的SH^?/S^2?将Cr(VI)还原为低毒Cr(III)，最终通过Fe-S/Fe-O絮凝体去除。相比传统工艺，这种方法省略了中间沉淀步骤，污泥量减少70%以上。

这项研究不仅为含铬废水处理提供了革命性解决方案，更开创了"废物资源化-催化材料制备-污染物协同去除"的全新技术路线。正如通讯作者Suiyi Zhu教授指出，该技术的推广应用将显著降低电镀行业治污成本，对实现《水污染防治行动计划》目标具有重要实践意义。未来，团队计划开发模块化反应装置，推动该技术从实验室走向工业化应用。