《Sustainable Chemistry One World》：A systematic review of emerging coal desulfurization technologies: Photocatalytic, microbial, chemical, and hybrid approaches for cleaner coal utilization
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摘要煤炭燃烧产生的硫排放会带来严重的环境和健康问题。这些排放物会导致酸沉降、PM2.5污染，还会增加呼吸系统与心血管系统的疾病风险。本综述总结了煤炭脱硫领域的最新进展，涵盖了光催化、微生物、化学以及混合技术等多种方法。在所分析的40项研究中，光催化系统通过异质结产生的活性氧物质，
摘要
煤炭燃烧产生的硫排放会带来严重的环境和健康问题。这些排放物会导致酸沉降、PM2.5污染，还会增加呼吸系统与心血管系统的疾病风险。本综述总结了煤炭脱硫领域的最新进展，涵盖了光催化、微生物、化学以及混合技术等多种方法。在所分析的40项研究中，光催化系统通过异质结产生的活性氧物质，实现了73%至92.8%的硫去除效率；而通过4S途径的微生物生物脱硫技术，能够选择性地去除有机硫化合物，去除效率可达83.9%。化学及混合方法，包括基于多金属氧酸盐的仿生结构以及化学与微生物相结合的处理方式，其硫去除效率可高达96.34%。多步骤混合策略则结合了燃烧前、燃烧中及燃烧后的处理方法，能够在保证效率、可重复性及工业适用性的同时实现全面的硫减排。该综述还探讨了相关技术的机制原理、运行中的问题以及监管因素对技术应用的影响，指出了当前在方法论和规模化应用方面的不足。研究结果支持采用多种互补的脱硫方法，以实现更可持续的煤炭利用。
引言
煤炭依然是全球主要的能源来源，但其燃烧过程中产生的硫排放会带来严重的环境和健康问题。二氧化硫是煤炭燃烧产生的主要污染物，它会促使细颗粒物（PM2.5）和地面臭氧的形成，而这些物质都会增加心血管疾病和呼吸系统疾病的发病率与死亡率。为改善公众健康状况，相关监管措施越来越重视对二氧化硫的控制[1]、[2]。健康影响评估表明，通过脱硫及其他排放控制措施减少二氧化硫排放，能够带来诸多益处，包括降低与颗粒物及相关污染物相关的过早死亡率和发病率[2]、[3]。除了二氧化硫之外，氮氧化物和颗粒物排放也会加重健康负担，而煤灰管理则又会带来重金属及其他污染物的风险，因此需要像RCRA这样的严格监管框架来防止地下水和土壤受到污染[4]。
硫排放还会通过形成酸雨损害生态系统。酸沉降会使土壤和水体酸化，导致营养失衡和生态系统压力，森林、水道和土壤都会受到影响，进而降低生物多样性和生产力[1]、[3]、[5]。通过脱硫和燃料净化技术，可以逐步减轻这些负面影响[1]、[3]。此外，还需妥善处理烟气脱硫产生的副产品，如石膏，因为这些副产品中的重金属和盐分可能会渗出，同时还需要进行废水处理以避免对生态系统造成伤害（A和Siha，2013；[6]、[7]）。
煤炭燃烧会产生各种燃烧产物，包括飞灰、底灰以及烟气脱硫残留物。如果对这些物质进行妥善管理，它们还可以得到有效利用；反之，则可能引发环境危害，比如粉尘产生和地下水污染[4]、[8]、[9]。历史上发生的金斯顿煤灰泄漏事件就凸显了不当处理副产品可能带来的灾难性后果，这进一步强调了加强监管和实施脱硫措施的重要性[10]。生命周期分析表明，煤炭净化和脱硫能够减少进入燃烧过程的硫含量，从而降低二氧化硫排放，为环境和健康带来显著益处[2]、[3]。
包括《清洁空气法》及其修订案在内的全球环境法规，推动了硫控制技术的广泛应用。烟气脱硫、煤炭洗选以及燃料替代等技术，能够帮助相关企业满足这些法规要求[8]、[11]；例如“皮农松电力项目1992年8月—1993年12月年度报告”，1994年；“皮农松电力项目1996年1月1日—12月31日年度报告”，1997年。诸如金斯顿煤灰泄漏之类的监管事件，也促使人们更加严格地管理相关副产品[10]。美国能源部的报告指出，监管措施会影响副产品的特性以及脱硫技术的发展，比如使用石灰石或氧化锌吸附剂进行热气脱硫的技术（“[12]、[13]；“皮农松电力项目1996年1月1日—12月31日年度报告”，1997年）。中国的节能政策等区域性举措，也推动了脱硫基础设施的建设[14]；Liu和Guan，2023年；[15]。
煤炭中的硫以有机硫化合物的形式存在，比如噻吩、二苯并噻吩和苯并噻吩等，同时也以无机形式存在，如黄铁矿硫和硫酸盐等。有机硫需要依靠先进的氧化、光催化或萃取技术进行处理，而无机硫则可以通过煤炭洗选和燃烧前脱硫来控制（Mendiratta和Ali，2020年；[12]、[16]、[17]）。燃烧后的烟气脱硫则是控制剩余二氧化硫的关键手段[1]、[3]、[16]、[18]。
近年来，脱硫技术取得了不少新进展，比如LDH/g-C3N4异质结、基于金属有机框架的复合材料、BiVO4-CoAl MMO共催化剂以及铜/银基介孔光催化剂等。这些材料可以利用可见光驱动氧化反应，分解有机硫化合物[19]；Mendiratta和Ali，2020年；[16]、[20]、[21]、[22]、[23]。基于二氧化钛的纳米纤维和掺杂复合材料，也能借助紫外线或可见光高效去除二氧化硫并实现脱硫功能[16]、[24]。
微生物脱硫技术利用细菌和真菌，比如红球菌、假单胞菌、戈尔登氏菌、螯合球菌以及曲霉菌等。通过4S途径，这些微生物能够选择性地断裂C-S键，生成2-羟基丁酸和硫酸盐，这一过程还能保留煤炭的发热量[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]。混合微生物群落则有助于提高脱硫效率，同时避免产物抑制现象的发生。
混合及多步骤策略则结合了燃烧前的煤炭洗选、微生物脱硫以及燃烧后的烟气脱硫或光催化/氧化还原技术，这类方法能够大幅降低硫排放，保持煤炭质量，同时为环境和公众健康带来更多益处[2]、[12]；Mendiratta和Ali，2020年；[3]、[18]。
要解决煤炭燃烧产生的硫排放问题，就需要制定协调一致的监管措施，开发创新的脱硫技术，并采取综合的多步骤策略，这些措施对于保护人类健康、维护生态系统以及保障全球能源的可持续发展至关重要。
章节要点
检索策略
本次系统性文献综述采用了多数据库检索策略，旨在全面查找有关煤炭脱硫技术的相关研究。检索范围涵盖了燃烧前处理、燃烧后处理、生物脱硫、光催化方法以及副产品处理等相关内容。所使用的核心文献数据库包括Web of Science和Scopus，这两个数据库能够全面覆盖化学、环境科学、化学工程以及能源研究领域的相关文献[31]、[32]。PubMed/MEDLINE则
光催化氧化脱硫机制
光催化氧化脱硫主要依靠生成活性氧物质，比如羟基自由基和超氧阴离子，这些物质能够将二苯并噻吩之类的有机硫化合物氧化为亚砜和砜类物质。相关研究表明，羟基自由基和超氧阴离子是主要的氧化剂，而光生空穴和电子的作用则因催化剂体系的不同而有所差异[43]、[44]、[45]、[46]。
Z型机理以及
光催化脱硫技术
光催化脱硫是一种发展迅速的煤炭脱硫技术，它利用光诱导的氧化反应，同时针对有机硫和黄铁矿硫进行去除。
该技术的光催化机制为：在可见光照射下，电子从价带跃迁到导带，从而产生电子-空穴对。光催化产生的电子会将溶解的氧气还原为超氧自由基，而空穴则会与
讨论
综合各项研究结果可以看出，现有的脱硫技术正从传统的单一步骤处理方式，逐步向结合光催化、微生物和化学方法的集成工艺转变，这一趋势可从表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7以及前面的章节内容中得到印证。相比依赖单一的硫去除机制，近年来的研究更倾向于利用不同技术的互补优势，从而进一步提升脱硫效果
结论
本次系统性综述表明，新兴的煤炭脱硫技术已在减少硫排放以及缓解其带来的环境和健康影响方面取得了显著进展。在各项研究中，光催化、微生物、化学以及混合技术根据硫的存在形式、煤炭的特性以及操作条件不同，各自具有不同的优势。光催化系统能够快速氧化有机硫和黄铁矿硫
未引用参考文献
[176]、[177]、[178]、[179]、[180]、[181]、[182]、[183]、[184]、[185]
关于写作过程中生成式人工智能及人工智能辅助技术的声明
在撰写本稿件时，作者们使用了生成式人工智能及人工智能辅助技术来优化语言表达和句子结构。之后作者们对所有由这些技术生成的内容进行了仔细审核和修改，对最终稿件的科学准确性和完整性负全责。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
作者感谢印度尼西亚讲师博士奖学金项目、高等教育资助与评估中心以及印度尼西亚高等教育、科学与技术部为本研究提供的设施和支持。
利益冲突声明
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Rahmatullah|Rizka Wulandari Putri|Muhammad Djoni Bustan|Sri Haryati|Selpiana|Dendy Adanta
