文章信息
第一作者：陈慧茹，银仁莉
https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.123026
亮点
研究进展
图1 外场效应强化过硫酸盐活化的基本类型
外场已成为过硫酸盐（PS）活化的一个有前景的策略，显著提高了PS-高级氧化工艺（PS-AOPs）的性能。外场的引入不仅有效地启动和增强了PS的活化，还依靠其自身的特性与氧化过程相耦合，进一步提高了PS-AOPs的效率。在本综述中，我们全面总结了外场在PS-AOPs中的多种应用进展，包括热场、光场、超场、电化学场、磁场和压电场。特别地，本文对外场增强PS-AOPs策略的基本原理和实际应用进行了深入讨论。尽管外场增强PS-AOPs已取得了显著的进展和突破，但仍存在一些关键问题需要解决（见图9）。
（1）机制探索：尽管大多数关于压电催化的研究集中在压电机制上，但压电电荷的来源在PS活化中的作用尚不明确。对于磁场，目前的应用范围主要局限于基于Fe0的类芬顿过程和磁性催化剂的回收。有研究表明，PS活化受到过渡金属催化剂自旋状态的影响，而外部磁场是调节分子自旋状态的策略之一。然而，关于通过外加磁场操控催化剂自旋状态来增强PS活化的研究尚未清晰。后续研究应考虑更明确的机制探索，以为催化剂设计提供指导，并扩展应用范围。
（2）多场耦合：通过多场协同效应来活化PS被认为是一项可行的策略。对于光场增强的PS-AOPs，研究瓶颈在于是光催化剂中光生电子空穴的快速复合。引入其他外场提供额外的能量，能够影响光生载流子的分布。例如，压电光催化剂（如ZnO和BaTiO3）可以同时响应机械力和光照。外部机械场诱导压电效应形成内建电场，进而促进光生载流子的分离，提高PS-AOPs的效率。然而，各种外场对PS活化的贡献尚不明确。尽管多场耦合具有高效性的优势，但这种策略的缺点是能耗高。此外，多个外场的操作模式、应用范围和产物转化仍需进一步探讨。
（3）实际应用：目前，外场增强PS活化在有机污染物去除中的研究主要限于实验室规模。这主要由于高能耗、成本、催化剂制备过程复杂以及副产物的生成等挑战。为了解决这些问题，对于热活化PS-AOPs，使用可再生或可持续热能资源被认为是一种可行的技术。此外，已有使用工业废热活化PDS进行土壤修复的中试实验研究。关于PS的光活化，研究重点是拓宽催化剂的光吸收谱，以更高效地利用太阳能。类似地，利用自然机械力驱动压电效应来增强PS-AOPs也被认为是一项绿色高效的技术。后续研究应探讨降解副产物的生态毒性，并以污染物的矿化作为环境修复的最终目标。此外，污染水体中通常存在不止一种污染物，因此有必要使用实际受污染水体作为研究对象，研究外场效应增强PS-AOPs在去除多重污染物方面的效果。
综上所述，尽管外场增强PS-AOPs面临显著挑战，但它们仍然是一种具有巨大潜力的环境修复技术。未来的研究应优先深入探讨其潜在机制，此外，还应开展总中试等以上规模的实验，并对副产物进行全面分析，以解决限制实际应用的问题。
作者介绍
朱明山，暨南大学环境与气候学院教授，博导，国家优青、广东省杰青项目获得者，广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才。连续入选科睿唯安交叉学科2022、2023年度全球高被引科学家，爱思唯尔环境科学与工程领域2021-2023中国高被引学者，长期从事环境污染控制研究。近年来针对废水中的新污染物去除瓶颈，提出从高级氧化反应机制上优化活性物种的生成效率和作用效能，实现水处理的高效低耗处理。以第一/通讯作者发表SCI论文160余篇，其中近五年110余篇。其代表性工作主要发表于Nat. Nanotechnol.（1篇）、Nat. Commun.（2篇）、J. Am. Chem. Soc.（2篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（6篇）、Adv. Mater.（1篇）、ES&T（4篇）、Water Res.（4篇）和Appl. Catal. B：Environ.（25篇）等期刊，其中IF>20共计30余篇。论文总引用超过18000次，H因子78。第一发明人授权国家发明专利10件，主编出版英文专著《Persulfate-based Oxidation Processes in Environmental Remediation》1部。
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