【精选文章推送】苏州科技大学：水处理中单线态氧生成方式的研究进展

文章来源：《工业水处理》2023年第3期

第一作者：王孝文

通讯作者：刘忻

合作单位：江苏梅鑫环境科技有限公司，常州工程职业技术学院，苏州科特环保股份有限公司

¹O₂是一种新兴的ROS，因其可有选择性地降解有机物，故近年来在水处理高级氧化技术研发领域颇受关注。

目前¹O₂主要可通过光促进、通过活性中间体以及在催化材料中构造特殊结构这3种途径生成。光促进途径中需进一步提高光能利用率，才能进一步提高¹O₂生成效率。由于在高级氧化途径中活性中间体往往存在多种副反应，故其含量不易准确把握，最终影响到¹O₂生成效率。 

但与光促进、通过活性中间体的生成途径相比，通过限域催化、构建缺陷结构和掺杂金属颗粒等方式对催化材料结构进行探索以促进¹O₂的生成，因方法简单，实验过程易于调控而更具应用潜力。

未来，在¹O₂生成途径研究方面，不仅应立足于提高光能的利用率，更应当加强对催化材料合理结构-性能的探索，从分子界面的反应层面进一步深刻理解¹O₂产生的微观过程，并结合工程实践进行反馈验证。

1.综述了近年水处理在非自由基活性氧粒子单线态氧方面的研究进展；

2.分析自由基与非自由基之间的的转化；

3.对单线态氧在未来水处理中的应用提出展望

活性氧粒子（ROS）的生成是高级氧化技术（AOPs）降解有机污染物的关键。水处理技术中常见的ROS，如羟基自由基（·OH）、硫酸根自由基 （SO₄^·-）和超氧阴离子自由基（O₂^·-）等，近10 a来已为人所熟知。特别是前2种ROS对几乎所有有机物无差别的氧化能力，彰显了AOPs 应用于水处理中所具有的无穷潜力。

但实际应用中，O₂^·-氧化能力弱且自身不稳定，·OH的生成会受到pH的限制，且其和SO₄^·-都易被其他非目标物质（天然水体中的腐殖 酸、含氯物质等）所消耗，从而影响对目标污染物的矿化程度。而单线态氧（¹O₂）虽对污染物的降解效率不如·OH 和SO₄^·-，但与·OH 和SO₄^·-相比，其具有更强的抗干扰能力和更优秀的降解选择性，故在现今AOPs 的研发中颇受关注。

基态O被激发后，原本2个2pπ*轨道中2个自旋平行的电子既可同时占据1个2pπ*轨道，也可分别占据2个2pπ*轨道，2 种激发态的自旋多重性可呈现单重态，故激发态氧分子又被称为单线态氧。

因¹O₂具有未占据的π*轨道，可在对诸如药物、不饱和生物分子和微生物病原体等富电子物质的降解中表现出比·OH和SO₄^·-更强的抗环境干扰能力和降解选择性，此外其还具有留存时间更长、pH 适应范围更广等优点。

笔者分别从光促进、通过活性中间体以及在催化材料中构造特殊结构生成单线态氧这3个角度梳理了现今生成¹O₂的主要途径，以期为今后研究人员围绕该ROS 粒子有针对性地研发新型水处理技术提供参考。表1给出了各生成途径的对比。

表1 单线态氧生成途径的对比

通讯作者：刘忻，苏州科技大学环境科学与工程学院硕士生导师，工学博士，环保工程师，从事污染物高效绿色降解技术的研发，以及环境工程设计、调试、影响评价工作，研究领域涉及材料科学和界面反应过程，高级氧化技术研发，生物脱氮技术，挥发性有机物回收净化工艺研究，Desalation, Journal of Hazardous Materials，Chemical Engineering Journal审稿人。E-mail：liuxin0240357@126.com。

（来源：《工业水处理》2023年第3期）

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本文由丨工业水处理丨精编发布

编辑：霍文敏｜审核：李绍全

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