基于水净化污泥制备高铁酸钾(Fe(VI))及其在二苯并噻吩氧化脱硫中的应用研究

本研究针对燃料脱硫过程中氧化剂成本高、污染大的问题，创新性地利用水净化污泥(WPS)制备绿色氧化剂K2FeO4，通过混合辅助氧化脱硫(MAOD)技术实现81.8%的二苯并噻吩(DBT)转化率，为废水资源化利用和可持续脱硫技术开发提供新思路。

　　

随着环保要求的日益严格，燃料脱硫技术成为能源领域的研究热点。二苯并噻吩(DBT)等含硫化合物在燃烧时会产生二氧化硫等污染物，传统氧化脱硫(Oxidative Desulfurization, ODS)技术依赖工业试剂合成的氧化剂，存在成本高、环境负担重等问题。与此同时，水处理行业每年产生大量含铁锰污泥，其处置问题亟待解决。如何实现"以废治废"，将废弃物转化为高值化学品，成为推动循环经济的关键科学问题。

国立成功大学资源工程系的研究团队在《Fuel》发表创新性研究，首次系统探究了利用水净化污泥(WPS)制备高铁酸钾(K₂FeO₄)的工艺条件及其在DBT脱硫中的应用。通过优化硝酸溶解、次氯酸钠湿法氧化和氢氧化钾沉淀等关键步骤，成功将含铁量10.18%的污泥转化为高效氧化剂，并发现锰离子的双重作用机制——虽降低K₂FeO₄产率但协同增强氧化能力，最终实现81.8%的DBT转化率，为开发经济环保的脱硫技术提供了新范式。

研究采用能量色散X射线光谱(EDS)分析污泥成分，通过单因素实验优化氧化剂合成参数，结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征产物，并建立混合辅助氧化脱硫(MAOD)体系评估脱硫效率。特别考察了锰离子浓度对K₂FeO₄产率和氧化性能的影响机制。

【材料与方法】部分显示，研究采用台湾彰化第三水厂的脱水污泥(含水率5%)为主要原料，通过硝酸溶解、次氯酸钠/氢氧化钠湿法氧化、氢氧化钾沉淀三步法制备K₂FeO₄，并选用四辛基溴化铵作为相转移催化剂。

【物化分析】结果表明，WPS中铁(10.18%)和锰(9.03%)为主要金属成分，FTIR证实产物中含有Fe-O键特征峰。优化工艺参数为：2 M HNO₃溶解8.5 g污泥，200 mL NaOCl与100 g NaOH配比进行湿法氧化，11 M KOH沉淀。

【锰离子效应】研究发现，当Mn²⁺浓度从0增至1.5 g/L时，K₂FeO₄产率从85.2%降至52.3%，但Mn²⁺可能通过形成中间产物增强氧化能力，在MAOD体系中表现出协同效应。

【结论】部分强调，该研究不仅建立了WPS制备K₂FeO₄的最佳工艺窗口，更揭示了杂质金属锰的独特作用机制，所开发的污泥衍生氧化剂在无外加乙酸条件下即可实现高效脱硫，较商业试剂降低成本约40%，为同时解决污泥处置和燃料净化问题提供了技术支撑。这项工作体现了"废物-资源-环境"的闭环管理理念，对推动绿色化学工艺发展具有重要示范意义。