近日，中国农业大学理学院化学系李静教授团队在国际环境领域顶级期刊《水研究》（Water Research）上发 研究论文《过氧单硫酸盐活化过程中被忽视的风险：游离氯与挥发性消毒副产物的显著生成》（The overlooked risk of activated peroxymonosulfate: Significant free chlorine and volatile disinfection byproduct formation）。该研究首次利用膜进样质谱（MIMS）技术实现了对过氧单硫酸盐（PMS）高级氧化过程中游离氯的直接、实时定量监测，揭示了活化PMS在含氯水体中生成游离氯及挥发性消毒副产物的显著风险，为安全评估PMS高级氧化技术在实际水处理中的应用提供了重要的理论依据。
图1 过硫酸盐高级氧化过程游离氯及消毒副产物的生成途径 编辑
过氧单硫酸盐高级氧化过程（PMS-AOPs）因其高效产生硫酸根自由基（SO 4 •⁻）和羟基自由基（ •OH）的能力，在水处理和地下水修复领域被广泛研究。然而，天然水体中普遍存在的氯离子（Cl⁻）在这一过程中可能被氧化生成游离氯（Cl 2、HOCl、OCl⁻），进而产生有毒的氯代消毒副产物 （图1）。长期以来，环境领域的研究对活化PMS体系中游离氯的生成缺乏直接的定量证据，其生成机理和副产物风险认知存在显著空白。
针对这一关键科学问题，李静教授团队采用MIMS技术，对不同活化方式下PMS体系中游离氯的生成进行了系统研究。结果表明，在Co 2+/PMS、Fe 2+/PMS和UV/PMS三种活化体系中，游离氯的生成较非活化PMS体系均显著增强，其中Co 2+/PMS体系表现最为突出——30分钟内游离氯浓度可达54 μM，基于PMS的转化率高达31%，速率常数约为非活化PMS体系的65倍。
图2 Co2+/PMS体系中23种有机污染物的挥发性氯代消毒副产物生成情况 编辑
研究选取了23种常见的水中有机污染物（包括烷基胺、氨基酸、染料及含氮微污染物）进行系统评估（图2）。结果表明，所有前体物在Co²⁺/PMS/Cl⁻体系中均可生成挥发性氯代消毒副产物，包括三氯胺（NCl 3）、氯化氰（CNCl）、二氯甲胺（CH 3NCl 2）等。当体系中存在溴离子时，会生成溴代类似物。更重要的是，研究还发现在氯离子浓度低至0.1 mM的天然淡水水体中，活化PMS过程仍有不容忽视的生成氯代消毒副产物的风险。
该研究首次为PMS高级氧化过程中游离氯的生成提供了直接、定量的实验证据，系统阐明了活化方式、氯离子浓度、PMS剂量、pH值及共存溴离子等因素对游离氯和消毒副产物生成的影响规律。研究成果对PMS-AOPs在实际水处理中的应用具有重要指导意义：一方面，活化PMS原位生成的游离氯可提供持续消毒能力；另一方面，其伴随的消毒副产物生成风险不容忽视，亟需在工艺设计中加以权衡和管控。
中国农业大学为该研究的第一完成单位，2023级博士研究生张任远为第一作者，李静教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（No. 22076217）的支持。
李静教授团队多年来致力于环境化学研究工作，在挥发性消毒副产物和卤代烃的研究领域得到国际同行的高度认可，先后主持三项国家自然科学基金项目，在《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）、《水研究》（Water Research）等环境领域顶级期刊发表多篇文章。
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