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水资源是人类赖以生存的宝贵资源。随着人类科技的飞速发展,大量医药品及个人护理品(Pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)被合成并广泛应用于人们的日常生活和社会生产过程。由于多数PPCPs具有难降解性、生物毒性或抑制性,导致传统的污水处理工艺对水体中PPCPs的去除效率不高,它们随城市污水处理厂的出水排放不断进入接纳水体,对自然水环境生态和水资源安全造成严重威胁。因此,针对水体中PPCPs污染物,亟需开发一种有效的深度处理方法。硫酸根自由基(SO4·-)具有较强的氧化性(其氧化还原电势在2.6-3.1 V),能够氧化降解绝大多数的有机污染物,有望为水体中PPCPs污染物的深度处理提供一种解决途径。利用二价铁离子(FeⅡ)能够活化过硫酸盐产生SO4·-,但由于该工艺仅在酸性pH条件下(最佳pH 3.0)使用才能达到最佳效果,限制其实际应用。为了克服酸性pH反应条件的限制,本文重点开展了次氮基三乙酸铁络合体(即FeⅡ/Ⅲ-NTA)活化过二硫酸盐(S2082-)在中性pH条件下对水体中典型PPCPs污染物(如布洛芬(IBP)和卡马西平(CBZ))的降解效果及机理研究。取得的主要研究结果概述如下:首先,以IBP作为目标污染物,评估了 FeⅡ-NTA/S2O82-体系在中性pH条件下的氧化效能。研究结果表明,由于水体中的溶解氧(DO)能够快速将FeⅡ-NTA氧化成FeⅢ-NTA,导致FeⅡ-NTA/S2O82-体系对IBP的降解效果不明显(<1 0%)。为了提高FeⅡ-NTA的再生速率,我们考察了强还原剂盐酸羟胺(HA)对FeⅡ-NTA/S2O82-体系的调控作用。研究结果表明,投加HA能够建立FeⅢ-FeⅡ-NTA循环,显著提高SO4·-的产率和对IBP的降解效果。其次,围绕FeⅡ-NTA/S2O82-/HA反应体系,重点评估了主要的系统参数(如NTA:FeⅡ摩尔比率、HA:FeⅡ摩尔比率、S2O82-:FeⅡ摩尔比率以及初始pH条件等)对IBP降解效果的影响。获得的最佳反应条件:[FeⅡ]=0.1 mM、[NTA:FeⅡ]=1:1、[HA:FeⅡ]=20:1、[S2O82-:FeⅡ]=30:1和pH 7.0,该条件下经过20 min反应时间,IBP的去除率几乎达到100%(低于检测限)。此外,通过自由基猝灭实验,对FeⅡ-NTA/S2082-/HA体系中主要的活性基团进行了分析,结果表明SO4·-和羟基自由基(HO·)对IBP降解率的贡献值达到80%左右。与乙二胺四乙酸(EDTA)和s,s-乙二胺二琥珀酸(s,s-EDDS)铁络合体(即FeⅡ-EDTA和FeⅡ-EDDS)相比,利用FeⅡ-NTA活化S2082-对IBP的降解效果较佳。利用液相色谱-飞行时间质谱(LC-QTOF-MS)技术对IBP的降解中间产物进行了分析,并提出了 IBP的降解路径及相关机理。第三,鉴于HA自身毒性将限制FeⅡ-NTA/S2O82-/HA体系的实际应用,我们进一步提出了利用长波紫外光(UVA)光化学还原FeⅢ-NTA的新方法,构建了 UVA/FeⅢ-NTA/S2082-反应体系。研究结果表明,辅助UVA照射能够有效建立FeⅢ/FeⅡ-NTA循环,实现在中性pH条件下有效降解水体中CBZ污染物。通过电子自旋共振波谱(ESR)和自由基猝灭实验,证实了 SO4·-和HO·为UVA/FeⅢ-NTA/S2082-体系中主要的活性基团(贡献值>80%)。通过激光闪光光解瞬态吸收光谱法,对SO4·-与NTA之间的反应速率常数进行了测定,其值为5.89 × 107 M-1 s-1。获得最佳NTA:FeⅢ摩尔比率为1:1,超过该值,过量的NTA将与CBZ竞争活性基团,进而抑制CBZ的降解速率。此外,评估了 UVA/FeⅢ-NTA/S2O82-体系在中性pH条件下对自来水、湖水以及地下水中CBZ的降解效果,并通过LC-QTOF-MS技术对CBZ的降解中间产物进行了分析,提出了CBZ的降解路径及相关机理。本文研究结果能够为中性pH条件下SO4·-高级氧化体系的构建提供理论依据和参考,有望为水体中PPCPs污染物的深度处理提供一种新方法,具有重要的理论意义和应用价值。