摘要：
高盐废水中的杂环化合物极难降解，给处理带来了巨大挑战。本研究开发了一种混合微纳米气泡芬顿系统（FT-MNBs），通过界面效应增强Fe²⁺的活化。与单独使用微纳米气泡（MNBs，降解速率0.0046 min⁻¹）和传统芬顿法（降解速率0.01008 min⁻¹）相比，FT-MNBs对吲哚的降解速率显著提高，达到0.0380 min⁻¹。在处理总溶解固体（TDS）含量为3.266 g/L的实际焦化废水时，FT-MNBs在初始COD为200 mg/L和10,000 mg/L的条件下分别实现了93.42%和72.54%的COD去除率，展现了其在处理难降解高盐有机废水方面的卓越适应性和效率。电子自旋共振（ESR）证实·OH是主要的活性物种。分子模拟揭示，MNBs界面增强了Fe和H₂O₂的吸附能，改变了Fe的3d轨道使其与O-O的2p轨道更好地重叠，并增加了电子密度------从而促进了O-O键断裂和自由基的产生。FT-MNBs不仅增强了反应动力学，还具有可扩展性和能源效率，在高级工业废水处理方面显示出巨大潜力。
**关键词：** 微纳米气泡；芬顿反应；界面反应；密度泛函理论（DFT）；焦化废水
核心发现与总结
1. 研究背景与痛点
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**难题：** 煤化工等行业产生的废水中含有大量难降解的杂环化合物（如吲哚）和高浓度盐分，传统处理方法效果不佳。
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**传统芬顿法的局限：** 需要在强酸性条件（pH 2-4）下工作，这导致设备腐蚀严重、后续需回调pH产生额外盐分、增加运行成本。
2. 技术创新：FT-MNBs系统
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**核心思路：** 将微纳米气泡技术与经典芬顿反应结合。
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**工作原理：** 利用微纳米气泡巨大的比表面积和独特的界面特性，富集并活化反应物（Fe²⁺和H₂O₂），从而提高自由基（·OH）的生成效率。
3. 关键性能数据
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**降解速率提升：** FT-MNBs对吲哚的降解速率常数（0.0380 min⁻¹）是单独MNBs的8.31倍，是传统芬顿法的3.77倍。
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实际废水处理效果：
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处理低浓度（COD≈200 mg/L）高盐焦化废水，COD去除率达 93.42%，出水水质可达排放标准。
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处理高浓度（COD≈10,000 mg/L）废水，COD去除率仍达 72.54%，远高于传统芬顿法（56.72%）。
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**拓宽pH范围：** 在pH 5-7的近中性条件下，FT-MNBs的降解效率依然很高，甚至优于传统芬顿法在最佳pH 3下的表现。这大大简化了工艺流程，降低了设备防腐要求。
4. 机理深度解析（分子层面）
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**界面吸附增强：** DFT计算表明，在微纳米气泡的气液界面上，Fe²⁺和H₂O₂的吸附能更高，它们更容易被"捕获"在一起。
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电子结构调控：
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气泡界面使H₂O₂分子的O-O键被拉长（从1.444 Å增至1.455 Å），键能减弱，更易断裂。
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界面环境增强了Fe原子的电子供给和介导能力，使得Fe的3d轨道与H₂O₂的O-O 2p轨道发生更有效的重叠。
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差分电荷密度分析显示，界面处O-O键获得了更多电子（从缺电子态变为富电子态），极大地促进了其断裂生成·OH自由基。
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5. 经济性与工程意义
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成本优势： 由于反应pH接近中性，酸和碱的用量大幅减少，虽然增加了MNBs发生器的能耗，但综合药剂与能耗成本仅为传统芬顿法的 71.42%。
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**工程适用性：** 该系统在处理实际复杂工业废水（高盐、高有机物）时表现出色，且在中性条件下高效运行，具有显著的工业应用前景。
参考文献：
He, Q.; Song, Z.; Huang, S.; Gao, R.; Han, C.; Miao, Z. Catalysts 2025 , 15, 888. DOI: 10.3390/catal15090888
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