世界水日 電子順磁共振技術為水處理研究提供解決方案

世界水日，守護生命之源

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

隨著人口增長與工業發展，水污染問題日益嚴峻，各項水處理技術也隨之發展起來。電子順磁共振作為目前唯一能夠直接檢測和研究含有未成對電子物質的一種波譜學技術，能夠為研究水處理工藝涉及的自由基機理、污染物降解路徑、催化劑活性位點提供技術支撐。

水處理技術介紹

當前，水體中的主要污染物包括藥品、表面活性劑、個人護理產品、合成染料、農藥和工業化學品等。這些污染物除了難以清除以外，還可能影響人類的神經、發育和生殖等方面，因此保護水環境安全刻不容緩。

近年來，高級氧化技術（AOPs）（如：芬頓 / 類芬頓、過硫酸鹽、催化二氧化氯氧化）、紫外光介導的高級氧化技術）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，在水處理和環境修復領域引起了越來越多的關注。

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-）、單線態氧（1O2）等，與傳統物理生物技術相比，這些手段可以明顯提高有機污染物的去除速率。這些水處理技術手段的研究發展，離不開電子順磁共振技術的助力。

國儀量子EPR在水處理領域的解決方案

國儀量子推出的臺式電子順磁共振波譜儀EPR200M、X波段連續波電子順磁共振波譜儀EPR200-Plus可為水處理中的光催化技術、高級氧化技術的研究提供解決方案。

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

檢測并量化修復材料中的空位/缺陷，如氧空位、氮空位、硫空位等；

檢測催化材料中摻雜的過渡金屬；

鑒定可行性，輔助優化水處理工藝各項參數；

檢測水處理過程中自由基活性物種及占比，為污染物降解機理提供直接證據。

解決方案

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電子順磁共振技術在水處理研究中的應用案例

案例1：EPR在高級氧化技術——UV/ClO2中的應用

對于紫外介導的AOPs體系降解水中氟喹諾酮類抗生素過程的EPR研究；

藥品與個人護理品（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技術檢測并定性出羥基自由基、單線態氧是體系的活性物種；

光照時間增長后，•OH、1O2濃度增加，促進抗生素的降解；

EPR技術檢測•OH、1O2濃度條件可用于優化PPCPs處理工藝。

案例2：EPR在高級氧化技術——芬頓/類芬頓中的應用

芬頓/類芬頓體系可以降解水中苯脲類除草劑（異丙隆、綠麥隆等）；

EPR技術可以檢測、定性并定量體系中所有的自由基活性物種；

EPR可以幫助優化自由基的生成速率，如：pH、過氧化氫濃度、過渡金屬離子等；

加入半胱氨酸和Cu2+后，羥基自由基濃度增加，促進污染物降解；

EPR技術檢測并量化體系羥基自由基可以直接驗證除草劑降解機理。

案例3：EPR在光催化技術——TiO2中的應用

原位EPR技術揭示PAEs-TiO2促進鄰苯二甲酸酯（PAEs）的開環和礦化，導致水體近100%的解毒；

原位EPR檢測自由基中間體•OH和PAEs開環前半醌自由基陰離子；

原位EPR和定量分析結果表明，選擇性PAEs-TiO2光催化劑上的開環形成水平較高；

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

光催化技術主要是半導體光催化劑吸收太陽能，產生光生電子和電子空穴的分離與遷移，在光催化劑表面產生如·OH、·O2-等活性自由基，而后自由基與有機污染物之間發生加合、取代、電子轉移等過程將污染物降解，同時高效、廣譜、綠色的對水體殺菌消毒，進而達到凈化水質，修復水體的目的。國儀量子自主研制的電子順磁共振波譜儀能夠為研究水處理工藝涉及的自由基機理、污染物降解路徑、催化劑活性位點提供解決方案。

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