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近年来，随着经济和生活水平的不断提高，药品和个人护理产品(PPCPs)得到了持续的关注。双氯芬酸，作为非甾体抗炎药中一种具有典型代表性的非处方药物，被广泛用于抗炎、止痛和解热等作用，在污水处理厂、污水污泥和地表水的出水中经常检测到这一药物。双氯芬酸对水环境有潜在的生态毒性，即使在浓度小于1.0μgL-1的情况下，也会造成哺乳动物、秃鹫和鱼类的不良反应，如肠道、肾脏和肝损伤。而传统的污水处理工艺难以将双氯芬酸完全去除，因此，有必要开发有效、持续和节能的方法，处理水中这一新兴的难降解的微量有机污染物。电解和高锰酸盐氧化是两种常用的水处理技术，均存在反应缓慢的问题。为了提高难降解污染物的去除效率，该研究将电化学和高锰酸钾体系结合，分别在二价锰离子(Mn2+)投加和活性炭纤维作为阴极时，探究了电化学活化高锰酸钾新体系对双氯芬酸去除的可行性和协同效应，操作参数对双氯芬酸去除的影响，体系去除双氯芬酸的能耗，并对体系对污染物的去除机理、反应路径和体系去除的毒理性进行了分析。该研究得出的主要结论如下：
(1)Mn2+的投加促进了电化学活化高锰酸钾体系(E-PM-Mn2+)对双氯芬酸的降解和污染物的矿化，Mn2+存在下，电化学(E-Mn2+)和高锰酸钾体系之间有明显的协同效应，随着Mn2+投加量的增加，电化学和高锰酸钾体系之间协同作用显著增强。酸性条件利于E-PM-Mn2+体系对水中双氯芬酸的去除，当溶液为中性或碱性时，双氯芬酸降解率出现明显的降低，pH为11时，双氯芬酸30min的降解率仅为33.87%。电流密度的增加促进了E-PM-Mn2+体系对双氯芬酸的去除，但是双氯芬酸在体系反应过程中去除率增加的同时体系的能耗也在增加，因此，后续实际应用中，需综合考虑双氯芬酸的去除和体系的电能消耗，选择合适的电流密度。高锰酸钾投加明显提高了电解对双氯芬酸的降解，随着高锰酸钾投加量的增加，E-PM-Mn2+体系对双氯芬酸的降解率提高，当高锰酸钾投加量高于100μM时，双氯芬酸降解率增幅不大，选择100μM作为电活化高锰酸钾体系去除双氯芬酸的最佳用量。通过地表水、自来水和纯水三种水质中双氯芬酸的去除效果对比发现，E-PM-Mn2+体系对地表水中双氯芬酸的降解效果最好，三个体系去除均在96%以上，体系可用于实际水源中污染物的去除。
(2)相比Mn2+投加体系，活性炭纤维为阴极时，进一步促进了电化学活化高锰酸钾体系(E-ACF-PM)对双氯芬酸的快速去除，双氯芬酸及其中间产物也得到有效矿化，TOC去除率达82.71%，而且相比E-PM-Mn2+体系，E(ACF)和高锰酸钾体系之间有更显著的协同效应。E-ACF-PM体系中，双氯芬酸在溶液初始pH为3-10范围内均能被高效地去除，这与体系反应过程中溶液pH变化有关。电流密度和高锰酸钾投加量的增加均明显促进E-ACF-PM体系对双氯芬酸的去除，最佳电流密度和高锰酸钾投加量分别为57Am-2和100μM。活性炭纤维重复使用20次，E-ACF-PM体系对双氯芬酸去除率仍达80%以上，活性炭纤维阴极可以重复使用。E-ACF-PM体系对地表水中双氯芬酸的去除效果高于自来水和纯水，在实际水源中具有相对较低的电能消耗，而且电解质在地表水中的适当投加可以明显降低体系对水源中双氯芬酸去除的能耗，腐殖酸的存在明显促进了体系对双氯芬酸的去除。相比单独的电解、高锰酸钾氧化体系，E-PM-Mn2+和E-ACF-PM体系水中的卡马西平、苯酚、磺胺甲恶唑、硝基苯和甲基蓝的去除均有明显的促进作用，体系可用于实际水源中有机污染物的去除。
(3)过量的甲醇和叔丁醇对E-PM-Mn2+体系和E-ACF-PM体系中双氯芬酸的去除影响很小，可忽略，电活化高锰酸钾去除双氯芬酸过程中没有羟基自由基和硫酸根自由基产生，也没有单线态氧的作用。通过体系反应过程中的光谱扫描、二氧化锰影响和焦磷酸钠影响实验分析可知，电化学活化高锰酸钾体系中促进双氯芬酸去除的主要氧化物质是活性Mn(Ⅲ)。相比均相体系中瞬时产生的Mn(Ⅲ)，在电化学活化高锰酸钾体系中，Mn(Ⅲ)在阴极表面是持续产生的，其中，Mn(Ⅲ)的产量为E-ACF-PM＞E-PM-Mn2+＞E-PM体系。Mn2+在E-PM-Mn2+体系去除双氯芬酸过程中起到了促进Mn(Ⅲ)产生和稳定Mn(Ⅲ)的作用，活性炭纤维阴极的使用在E-ACF-PM体系中除了促进Mn(Ⅲ)的产生用于双氯芬酸去除外，还增加了一部分电吸附作用，促使电化学活化高锰酸钾对双氯芬酸的快速去除。电解、高锰酸钾和Mn2+是电化学高锰酸钾体系产生Mn(Ⅲ)并快速去除双氯芬酸必不可少的因素。体系反应过程中阴极表面上的中间价态锰最终都以游离三价锰或Mn2+的形式进入溶液中。
(4)电化学活化高锰酸钾体系对双氯芬酸去除过程中，可能的降解路径均有三种，降解过程包括羟基化、脱羧、脱氢、脱氯、甲酰化、C-N键断裂和开环等反应。通过对比反应过程中溶液对铜绿微囊藻的生长抑制情况，发现相比双氯芬酸原液，电化学活化高锰酸钾体系对双氯芬酸降解后可以有效降低溶液的毒性，降低药物在溶液中潜在的生态风险。
(1)Mn2+的投加促进了电化学活化高锰酸钾体系(E-PM-Mn2+)对双氯芬酸的降解和污染物的矿化，Mn2+存在下，电化学(E-Mn2+)和高锰酸钾体系之间有明显的协同效应，随着Mn2+投加量的增加，电化学和高锰酸钾体系之间协同作用显著增强。酸性条件利于E-PM-Mn2+体系对水中双氯芬酸的去除，当溶液为中性或碱性时，双氯芬酸降解率出现明显的降低，pH为11时，双氯芬酸30min的降解率仅为33.87%。电流密度的增加促进了E-PM-Mn2+体系对双氯芬酸的去除，但是双氯芬酸在体系反应过程中去除率增加的同时体系的能耗也在增加，因此，后续实际应用中，需综合考虑双氯芬酸的去除和体系的电能消耗，选择合适的电流密度。高锰酸钾投加明显提高了电解对双氯芬酸的降解，随着高锰酸钾投加量的增加，E-PM-Mn2+体系对双氯芬酸的降解率提高，当高锰酸钾投加量高于100μM时，双氯芬酸降解率增幅不大，选择100μM作为电活化高锰酸钾体系去除双氯芬酸的最佳用量。通过地表水、自来水和纯水三种水质中双氯芬酸的去除效果对比发现，E-PM-Mn2+体系对地表水中双氯芬酸的降解效果最好，三个体系去除均在96%以上，体系可用于实际水源中污染物的去除。
(2)相比Mn2+投加体系，活性炭纤维为阴极时，进一步促进了电化学活化高锰酸钾体系(E-ACF-PM)对双氯芬酸的快速去除，双氯芬酸及其中间产物也得到有效矿化，TOC去除率达82.71%，而且相比E-PM-Mn2+体系，E(ACF)和高锰酸钾体系之间有更显著的协同效应。E-ACF-PM体系中，双氯芬酸在溶液初始pH为3-10范围内均能被高效地去除，这与体系反应过程中溶液pH变化有关。电流密度和高锰酸钾投加量的增加均明显促进E-ACF-PM体系对双氯芬酸的去除，最佳电流密度和高锰酸钾投加量分别为57Am-2和100μM。活性炭纤维重复使用20次，E-ACF-PM体系对双氯芬酸去除率仍达80%以上，活性炭纤维阴极可以重复使用。E-ACF-PM体系对地表水中双氯芬酸的去除效果高于自来水和纯水，在实际水源中具有相对较低的电能消耗，而且电解质在地表水中的适当投加可以明显降低体系对水源中双氯芬酸去除的能耗，腐殖酸的存在明显促进了体系对双氯芬酸的去除。相比单独的电解、高锰酸钾氧化体系，E-PM-Mn2+和E-ACF-PM体系水中的卡马西平、苯酚、磺胺甲恶唑、硝基苯和甲基蓝的去除均有明显的促进作用，体系可用于实际水源中有机污染物的去除。
(3)过量的甲醇和叔丁醇对E-PM-Mn2+体系和E-ACF-PM体系中双氯芬酸的去除影响很小，可忽略，电活化高锰酸钾去除双氯芬酸过程中没有羟基自由基和硫酸根自由基产生，也没有单线态氧的作用。通过体系反应过程中的光谱扫描、二氧化锰影响和焦磷酸钠影响实验分析可知，电化学活化高锰酸钾体系中促进双氯芬酸去除的主要氧化物质是活性Mn(Ⅲ)。相比均相体系中瞬时产生的Mn(Ⅲ)，在电化学活化高锰酸钾体系中，Mn(Ⅲ)在阴极表面是持续产生的，其中，Mn(Ⅲ)的产量为E-ACF-PM＞E-PM-Mn2+＞E-PM体系。Mn2+在E-PM-Mn2+体系去除双氯芬酸过程中起到了促进Mn(Ⅲ)产生和稳定Mn(Ⅲ)的作用，活性炭纤维阴极的使用在E-ACF-PM体系中除了促进Mn(Ⅲ)的产生用于双氯芬酸去除外，还增加了一部分电吸附作用，促使电化学活化高锰酸钾对双氯芬酸的快速去除。电解、高锰酸钾和Mn2+是电化学高锰酸钾体系产生Mn(Ⅲ)并快速去除双氯芬酸必不可少的因素。体系反应过程中阴极表面上的中间价态锰最终都以游离三价锰或Mn2+的形式进入溶液中。
(4)电化学活化高锰酸钾体系对双氯芬酸去除过程中，可能的降解路径均有三种，降解过程包括羟基化、脱羧、脱氢、脱氯、甲酰化、C-N键断裂和开环等反应。通过对比反应过程中溶液对铜绿微囊藻的生长抑制情况，发现相比双氯芬酸原液，电化学活化高锰酸钾体系对双氯芬酸降解后可以有效降低溶液的毒性，降低药物在溶液中潜在的生态风险。