综述：高碘酸盐活化在水处理中自由基和非自由基途径的机理揭示：生成机制、氧化行为及功能优势

本综述系统阐述了基于高碘酸盐（PI）的高级氧化过程（AOPs）中自由基与非自由基途径的生成机制、氧化行为及功能优势。文章对比了自由基（非选择性、高效降解）与非自由基（选择性高、抗干扰强、二次污染风险低）路径的特点，并探讨了pH、共存离子、溶解性有机物等关键因素对路径选择性的影响，为设计高效、环境适应性强的水处理技术提供了机理基础和未来方向。

　　

Abstract

新兴污染物在水体中的日益增多凸显了需要能够产生多种活性物种的高级氧化过程（AOPs）以实现其有效去除。基于高碘酸盐（PI）的AOPs已成为一种节能系统，能够同时产生自由基和非自由基途径来降解污染物。本综述系统地阐明了基于PI的AOPs中自由基物种和非自由基物种的机理方面，重点介绍了它们的生成机制以及对有机污染物降解的独特氧化行为。随后系统比较了这两种途径的各自优势：自由基物种通过非选择性氧化提供快速高效的降解，而非自由基物种则表现出更高的选择性、增强的抗基质干扰能力以及降低的二次污染风险。此外，系统研究了控制途径选择性的关键因素，如溶液pH、共存离子和溶解性有机物，以阐明它们对活性物种形成和污染物降解特异性的影响。本综述不仅阐明了自由基和非自由基途径的机理基础和比较优势，还概述了未来的研究方向，以推动基于PI的AOPs的合理设计，实现高效且环境适应性强的水处理。

自由基与非自由基途径的生成机制

在基于PI的AOPs中，高碘酸盐的活化可以诱导产生多种活性物种。自由基途径通常涉及羟基自由基（•OH）、硫酸根自由基（SO₄•^-）等的生成，这些物种具有高氧化电位和非选择性攻击的特性。其生成机制可能包括均相催化（如金属离子活化）或非均相催化过程。非自由基途径则主要包括单线态氧（¹O₂）、高价态金属-氧物种以及表面活化复合物等。这些物种的生成往往与特定的活化剂（如某些金属氧化物、碳材料）或反应条件密切相关，其氧化行为更具选择性。

自由基与非自由基途径的氧化行为

自由基物种，如•OH和SO₄•^-，具有极高的反应速率常数和广谱的氧化能力，能够无差别地攻击大多数有机污染物，实现快速矿化。然而，这种非选择性也导致其易受水体中常见基质（如碳酸根离子、腐殖酸）的淬灭，影响处理效率。相比之下，非自由基物种如¹O₂和表面结合自由基，其氧化反应更具选择性，通常针对含有特定官能团（如富电子基团）的污染物，因此在高背景基质存在下表现出更强的抗干扰能力和更高的目标污染物降解效率，同时减少了有毒副产物的生成风险。

途径选择性的关键影响因素

溶液pH是决定PI活化路径的关键因素之一，它影响活化剂的形态、表面电荷以及活性物种的稳定性。例如，在酸性条件下更利于某些自由基的生成，而中性或碱性条件可能促进非自由基途径。共存阴离子（如Cl^-、HCO₃^-、NO₃^-）和阳离子可能通过淬灭自由基、改变催化剂表面性质或参与反应而影响路径选择性和降解效率。溶解性有机物（DOM）既可作为自由基的淬灭剂，也可能在某些情况下参与非自由基反应或敏化产生¹O₂。催化剂的理化性质（如比表面积、表面官能团、金属价态）也是调控活性物种类型和比例的核心因素。

自由基与非自由基途径的功能优势比较

自由基途径的主要优势在于其快速、高效的降解能力，适用于处理成分复杂、浓度较高的有机废水。非自由基途径则因其高选择性、对水体基质的强耐受性以及较低的消毒副产物生成潜力，在处理低浓度新兴污染物或对出水水质要求严格的场景中更具应用前景。将两种途径协同耦合，有望实现互补，既保证处理速度，又提高处理的特异性和环境友好性。

未来展望

未来的研究应侧重于精确调控PI活化过程中的活性物种分布，深入揭示非自由基物种（尤其是表面介导途径）的微观反应机理，开发高效、稳定、低成本的活化材料，并系统评估不同路径在实际水体基质中的降解效能、副产物生成及生态风险，从而推动基于PI的AOPs向精准化、实用化方向发展。

Conflict of Interest

The authors declare no conflict of interest.