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紫外线高级氧化

·紫外高级氧化1.jpg

高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes， AOPs)是处理难降解有机污染物的有效解决方案。

AOPs的核心在于产生具有极强氧化能力的羟基自由基(OH)或其他活性自由基，能够无选择性地降解有机污染物，将其矿化为CO2、H2O无机小分子物质。

紫外线高级氧化工艺(Ultraviolet Advanced Oxidation Processes， UV-AOPs)结合紫外光与氧化剂(如过氧化氢H2O2、臭氧O3)或光催化剂(如二氧化钛TiO2) 产生高活性自由基，进而氧化降解水中有机污染物。

羟基自由基(OH) 是大多数UV-AOPs中主要的活性氧化物种，它是一种极强的氧化剂，其标准氧化还原电位高达2.80V(相对于标准氢电极)，仅次于氟。

·OH具有高度的反应活性和非选择性，能够迅速攻击几乎所有类型的有机污染物分子结构中的C-H键、C=C双键、芳香环等。

·OH的产生途径多样， 在UV/H2O2工艺中，H2O2在紫外光照射下均裂产生·OH。

在UV/O3工艺中，O3光解可产生H2O2，H2O2再光解生成·OH，同时O3分解本身也能在特定条件下产生·OH；

光反应模型cfd模拟图.png

紫外光在UV-AOPs中扮演多重角色：

1.直接光解有机物：对于某些具有特定化学结构(如含有不饱和键或特定发色团)的有机污染物，特定波长的紫外光可以直接使其分子键断裂，发生光解反应。

2.活化氧化剂：这是UV-AOPs中最主要的作用，紫外光子能够被氧化剂分子(如H2O2、O3)吸收，提供足够的能量使其分解产生·OH或其他活性自由基。

污染物降解途径，是通过产生的·OH等自由基与有机污染物发生的如下反应：

·氢提取(H-abstraction)：OH从有机物分子中夺取氢原子，形成有机自由基，该自由基可进一步氧化。

·亲电加成(Electrophilic addition)：·OH加成到有机物分子中的不饱和键(如C=C、C=C)或芳香环上，形成加成产物自由基。

·电子转移(Electron transfer)：·OH从有机物分子中夺取电子，使有机物被氧化。


这些初步反应生成的有机自由基或中间产物通常不稳定，会继续发生断链、开环、氧化等反应，逐步降解为分子量更小、毒性更低的中间产物，最终理想状态下可被完全矿化为CO2、H2O和无机酸等简单无机物。

UV-AOPs的处理效果受到多种因素的综合影响：

·紫外光源特性

·氧化剂种类与浓度

·水质条件

·目标污染物特性

·反应器设计

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·UV/过硫酸盐(PS/PDS)工艺：过硫酸盐包括过一硫酸氢钾盐复合盐(PMS，主要活性成分为HSOs-)和过二硫酸盐(PDS， S2O82-) 。它们在紫外光(通常254nm或更短波长)活化下，能有效产生强氧化性的硫酸根自由基(SO4-，E0=2.5-3.1V)和羟基自由基(OH)。

·UV/氯工艺：该工艺利用紫外光照射含氯消毒剂(如游离氯HOCI/OCI-或结合氯如一氯胺NH2CI) 来产生·OH和活性氯自由基(RCS，如CI，Cl2-)，这些自由基协同作用，降解有机污染物。

紫外线高级氧化工艺(UV-AOPs) 凭借其高效降解难降解有机物、减少消毒副产物、提高水质安全性等优势，在饮用水深度处理、工业废水治理和市政污水再生回用，新兴污染物(ECs) 治理等领域得到了越来越广泛的应用。


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