世界水日 電子順磁共振技術(shù)為水處理研究提供解決方案

世界水日，守護(hù)生命之源

水是地球上最寶貴的資源，它對(duì)任何形式生命都至關(guān)重要。每年的3月22日是世界水日（World Water Day），旨在喚醒人們對(duì)水資源的保護(hù)意識(shí)。

隨著人口增長(zhǎng)與工業(yè)發(fā)展，水污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，各項(xiàng)水處理技術(shù)也隨之發(fā)展起來(lái)。電子順磁共振作為目前唯一能夠直接檢測(cè)和研究含有未成對(duì)電子物質(zhì)的一種波譜學(xué)技術(shù)，能夠?yàn)檠芯?/span>水處理工藝涉及的自由基機(jī)理、污染物降解路徑、催化劑活性位點(diǎn)提供技術(shù)支撐。

水處理技術(shù)介紹

當(dāng)前，水體中的主要污染物包括藥品、表面活性劑、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、合成染料、農(nóng)藥和工業(yè)化學(xué)品等。這些污染物除了難以清除以外，還可能影響人類(lèi)的神經(jīng)、發(fā)育和生殖等方面，因此保護(hù)水環(huán)境安全刻不容緩。

近年來(lái)，高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）（如：芬頓 / 類(lèi)芬頓、過(guò)硫酸鹽、催化二氧化氯氧化）、紫外光介導(dǎo)的高級(jí)氧化技術(shù)）如 UV/Cl2、UV/NH2Cl、UV/H2O2、UV/PS）、光催化劑（如釩酸鉍（BiVO4），鎢酸鉍（Bi2WO6 ），氮化碳（C3N4 ），二氧化鈦（TiO2 ）等，在水處理和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域引起了越來(lái)越多的關(guān)注。

在這些體系中可以形成各種高活性的自由基，例如羥基自由基（•OH）、硫酸根自由基（•SO4-）、超氧自由基（•O2-）、單線態(tài)氧（1O2）等，與傳統(tǒng)物理生物技術(shù)相比，這些手段可以明顯提高有機(jī)污染物的去除速率。這些水處理技術(shù)手段的研究發(fā)展，離不開(kāi)電子順磁共振技術(shù)的助力。

國(guó)儀量子EPR在水處理領(lǐng)域的解決方案

國(guó)儀量子推出的臺(tái)式電子順磁共振波譜儀EPR200M、X波段連續(xù)波電子順磁共振波譜儀EPR200-Plus可為水處理中的光催化技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)的研究提供解決方案。

檢測(cè)、定性、定量光催化和AOPs體系產(chǎn)生的•OH、•SO4-、•O2-、1O2和其它活性物種；

檢測(cè)并量化修復(fù)材料中的空位/缺陷，如氧空位、氮空位、硫空位等；

檢測(cè)催化材料中摻雜的過(guò)渡金屬；

鑒定可行性，輔助優(yōu)化水處理工藝各項(xiàng)參數(shù)；

檢測(cè)水處理過(guò)程中自由基活性物種及占比，為污染物降解機(jī)理提供直接證據(jù)。

解決方案

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電子順磁共振技術(shù)在水處理研究中的應(yīng)用案例

案例1：EPR在高級(jí)氧化技術(shù)——UV/ClO2中的應(yīng)用

對(duì)于紫外介導(dǎo)的AOPs體系降解水中氟喹諾酮類(lèi)抗生素過(guò)程的EPR研究；

藥品與個(gè)人護(hù)理品（PPCPs；抗生素、化妝品、香料等）在水中被二氧化氯在紫外條件下所降解；

EPR技術(shù)檢測(cè)并定性出羥基自由基、單線態(tài)氧是體系的活性物種；

光照時(shí)間增長(zhǎng)后，•OH、1O2濃度增加，促進(jìn)抗生素的降解；

EPR技術(shù)檢測(cè)•OH、1O2濃度條件可用于優(yōu)化PPCPs處理工藝。

案例2：EPR在高級(jí)氧化技術(shù)——芬頓/類(lèi)芬頓中的應(yīng)用

芬頓/類(lèi)芬頓體系可以降解水中苯脲類(lèi)除草劑（異丙隆、綠麥隆等）；

EPR技術(shù)可以檢測(cè)、定性并定量體系中所有的自由基活性物種；

EPR可以幫助優(yōu)化自由基的生成速率，如：pH、過(guò)氧化氫濃度、過(guò)渡金屬離子等；

加入半胱氨酸和Cu2+后，羥基自由基濃度增加，促進(jìn)污染物降解；

EPR技術(shù)檢測(cè)并量化體系羥基自由基可以直接驗(yàn)證除草劑降解機(jī)理。

案例3：EPR在光催化技術(shù)——TiO2中的應(yīng)用

原位EPR技術(shù)揭示PAEs-TiO2促進(jìn)鄰苯二甲酸酯（PAEs）的開(kāi)環(huán)和礦化，導(dǎo)致水體近100%的解毒；

原位EPR檢測(cè)自由基中間體•OH和PAEs開(kāi)環(huán)前半醌自由基陰離子；

原位EPR和定量分析結(jié)果表明，選擇性PAEs-TiO2光催化劑上的開(kāi)環(huán)形成水平較高；

原位EPR與UPLC-QTOF/MS相結(jié)合，提出了PAEs-TiO2和TiO2光催化劑上PAEs的降解途徑。

光催化技術(shù)主要是半導(dǎo)體光催化劑吸收太陽(yáng)能，產(chǎn)生光生電子和電子空穴的分離與遷移，在光催化劑表面產(chǎn)生如·OH、·O2-等活性自由基，而后自由基與有機(jī)污染物之間發(fā)生加合、取代、電子轉(zhuǎn)移等過(guò)程將污染物降解，同時(shí)高效、廣譜、綠色的對(duì)水體殺菌消毒，進(jìn)而達(dá)到凈化水質(zhì)，修復(fù)水體的目的。國(guó)儀量子自主研制的電子順磁共振波譜儀能夠?yàn)檠芯克幚砉に嚿婕暗淖杂苫鶛C(jī)理、污染物降解路徑、催化劑活性位點(diǎn)提供解決方案。

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