水处理中单线态氧生成方式的研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0132

工业水处理 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (3): 15-22. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2022-0132

水处理中单线态氧生成方式的研究进展

王孝文¹(), 王允东¹, 朱紫燕¹, 金龙¹^,², 李娟红³, 刘忻¹^,⁴()

^1.苏州科技大学环境科学与工程学院, 江苏苏州 215009
^2.江苏梅鑫环境科技有限公司, 江苏苏州 215542
^3.常州工程职业技术学院检验检测认证学院, 江苏常州 213164
^4.苏州科特环保股份有限公司, 江苏苏州 215164

收稿日期:2022-12-08 出版日期:2023-03-20 发布日期:2023-03-21
通讯作者: 刘忻 E-mail:1727418773@qq.com;liuxin0240357@126.com
作者简介:王孝文（1998— ），硕士。E-mail：1727418773@qq.com
刘忻，讲师。E-mail：liuxin0240357@126.com。
基金资助:
“十三五”水体污染控制与治理科技重大专项课题(2017ZX07205-02);江苏省高校自然科学研究项目(19KJB610008);江苏省研究生科研与实践创新计划项目（SJCX20_1123,SJCX21_1409）

Research progress of pathways of the production of singlet oxygen in water treatment

Xiaowen WANG¹(), Yundong WANG¹, Ziyan ZHU¹, Long JIN¹^,², Juanhong LI³, Xin LIU¹^,⁴()

^1.School of Environmental Science and Engineering，Suzhou University of Science and Technology，Suzhou 215009，China
^2.Jiangsu Meixin Environmental Technology Co. ，Ltd. ，Suzhou 215542，China
^3.School of Inspection，Testing and Certification，Changzhou Vocational and Technical College of Engineering，Changzhou 213164，China
^4.Suzhou Kete Environmental Protection Co. ，Ltd. ，Suzhou 215164，China

Received:2022-12-08 Online:2023-03-20 Published:2023-03-21
Contact: Xin LIU E-mail:1727418773@qq.com;liuxin0240357@126.com

摘要/Abstract

摘要：

在高级氧化过程中，相比于羟基自由基、硫酸根自由基可无差别地氧化降解有机污染物的性质，活性氧粒子单线态氧可以有选择性地降解特定有机污染物，这一特点为处理复杂水体污染提供了另一种可行方案。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这3个角度，系统梳理了当前文献中报道的单线态氧生成的主要途径，并就各生成途径的优缺点做了比对。光促进途径涉及气-液-固三相反应，光能利用率需进一步提高，通过活性中间体生成单线态氧的途径往往不易准确把握活性中间体的含量。与这2种生成方式相比，通过在催化材料中构造特殊结构的单线态氧生成方式局限性低，在未来更具实际应用价值。

关键词: 非自由基活性氧粒子, 单线态氧, 废水处理, 有机物降解

Abstract:

The specific organic pollutants could be selectively degraded by the singlet oxygen which is one of the reactive oxygen species during the operation of advanced oxidation processes，compared with the feature that the hydroxyl radical and sulfate radical could indiscriminately oxidize and degrade organic pollutants. This feature provides new and feasible solutions for the treatment of complex water pollution. In this paper，the main pathways of singlet oxygen generation reported in the current literature were systematically reviewed from the perspectives of light-promotion generation，generation through active intermediates and generation by constructing special structures in catalytic materials. Then the advantages and disadvantages of each generation pathway were compared. The light-promotion pathway involved gas-liquid-solid three phases reaction，the utilization efficiency of light needed to be further improved in future. The active intermediate pathway was not easy to accurately grasp the content of the active intermediate. Compared with the two generation methods，the generation method through special structures in catalytic materials was less limited and more valuable for practical applications in future.

Key words: non-radical active oxygen particle, singlet oxygen, wastewater treatment, degradation of organics

中图分类号:

X703

王孝文, 王允东, 朱紫燕, 金龙, 李娟红, 刘忻. 水处理中单线态氧生成方式的研究进展[J]. 工业水处理, 2023, 43(3): 15-22.

Xiaowen WANG, Yundong WANG, Ziyan ZHU, Long JIN, Juanhong LI, Xin LIU. Research progress of pathways of the production of singlet oxygen in water treatment[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(3): 15-22.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I3/15

图/表 1

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生成途径		适用场景	优缺点	参考文献
光促生成¹O₂		MOFs基光催化	使用绿色能源光，但需要光敏剂且需要对传统的光敏剂改良才会有更高的¹O₂产率；光能利用率需进一步提高	〔9〕
通过中间体生成¹O₂	通过O₂^·-生成¹O₂	催化PMS、H₂O₂	是生成单线态氧的主要方式，但Haber-Weiss反应严重减缓了¹O₂的产率	〔17〕
	通过SO₅^·-生成¹O₂	催化PMS	避免了Haber-Weiss反应速率慢的弊端，但体系中并存的SO₄^·-会将环境中普遍存在的铵根氧化成具有“三致”毒性的硝基副产物	〔24〕
	通过·OH生成¹O₂	酸性Fenton、碱性H₂O₂等	现阶段通过·OH生成¹O₂的量在整个氧化体系里都是微乎其微，·OH一般不是生成单线态氧的主要中间产物	〔30〕
在催化材料中构造特殊结构生成¹O₂	氧空位缺陷	部分可构造氧空位的催化材料	氧空位独特的电子结构不仅可以直接生成¹O₂，而且可以加速电子传导从而生成更多的¹O₂，但需要刻意构造氧空位，且构造氧空位需要特定的材料	〔31〕
	掺杂金属颗粒	部分有孔径或有层状结构的材料	一般掺杂金属颗粒更加简便，选择性更广，但一些金属的成本略贵（如Pd、Co等）、回用率不高	〔34〕
	限域效应	部分有孔径或有层状结构的材料	限域效应对催化剂要求不高（一般用Fe基），无需输入能量，回用率高，但能够通过限域效应直接生成¹O₂的研究还在进一步探索	〔38〕

生成途径		适用场景	优缺点	参考文献
光促生成¹O₂		MOFs基光催化	使用绿色能源光，但需要光敏剂且需要对传统的光敏剂改良才会有更高的¹O₂产率；光能利用率需进一步提高	〔9〕
通过中间体生成¹O₂	通过O₂^·-生成¹O₂	催化PMS、H₂O₂	是生成单线态氧的主要方式，但Haber-Weiss反应严重减缓了¹O₂的产率	〔17〕
	通过SO₅^·-生成¹O₂	催化PMS	避免了Haber-Weiss反应速率慢的弊端，但体系中并存的SO₄^·-会将环境中普遍存在的铵根氧化成具有“三致”毒性的硝基副产物	〔24〕
	通过·OH生成¹O₂	酸性Fenton、碱性H₂O₂等	现阶段通过·OH生成¹O₂的量在整个氧化体系里都是微乎其微，·OH一般不是生成单线态氧的主要中间产物	〔30〕
在催化材料中构造特殊结构生成¹O₂	氧空位缺陷	部分可构造氧空位的催化材料	氧空位独特的电子结构不仅可以直接生成¹O₂，而且可以加速电子传导从而生成更多的¹O₂，但需要刻意构造氧空位，且构造氧空位需要特定的材料	〔31〕
	掺杂金属颗粒	部分有孔径或有层状结构的材料	一般掺杂金属颗粒更加简便，选择性更广，但一些金属的成本略贵（如Pd、Co等）、回用率不高	〔34〕
	限域效应	部分有孔径或有层状结构的材料	限域效应对催化剂要求不高（一般用Fe基），无需输入能量，回用率高，但能够通过限域效应直接生成¹O₂的研究还在进一步探索	〔38〕

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