硫改性纳米零价铁活化过一硫酸盐实现全氟辛酸的高效降解与深度脱氟机理研究

《Journal of Water Process Engineering》：Efficient degradation and deep defluorination mechanism of perfluorooctanoic acid via sulfur-modified nanoscale zero-valent iron activation of peroxymonosulfate

本文系统构建ATP/S-nZVI/PMS高级氧化体系，通过硫改性纳米零价铁（S-nZVI）活化过一硫酸盐（PMS）实现了全氟辛酸（PFOA）的高效降解（40分钟去除率98.80%）和深度脱氟（240分钟脱氟率99.10%）。研究揭示了SO4•?主导的Kolbe脱羧与1O2介导的-CF2-单元断裂协同降解机制，为持久性有机污染物治理提供了高效稳定的技术范式。

　　

章节亮点

化学试剂

实验采用PFOA（≥99.5%）、过硫酸钠（PS, >99.0%）、甲醇（MeOH, ≥99.9%）、叔丁醇（TBA, ≥99.5%）等试剂，所有试剂均未经过进一步纯化直接使用。实验用水为超纯水（18.2 MΩ·cm）。

S-nZVI/ATP/PMS体系对PFOA的降解效果

通过液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）评估不同催化剂在40分钟内对PFOA的去除效率。如图1a所示，单独使用PMS时去除率仅为6.92±0.99%，而PMS与ATP联用后提升至46.24±2.79%，表明ATP具有吸附促进作用。值得注意的是，ATP/S-nZVI在没有PMS时也展现出中等去除能力（达62.15%），但加入PMS后体系性能显著增强，凸显了硫改性对催化活性的关键提升作用。

结论与讨论

本研究成功构建的ATP/S-nZVI/PMS高级氧化体系，在优化条件下（以Na₂S为硫源，S/Fe摩尔比0.075）实现了PFOA的高效降解与深度脱氟。机理研究表明，SO₄^•?主导的Kolbe脱羧与¹O₂介导的-CF₂-断裂是核心降解路径，•OH仅起间接作用。ECOSAR毒性评估显示中间产物生态风险降低2-3个数量级，且催化剂在5次循环后仍保持83.05%的脱氟效率，为实际水体修复提供了可靠技术支撑。