世界水日|电子顺磁共振技术为水处理研究提供解决方案

世界水日，守护生命之源

　　水是地球上最宝贵的资源，它对任何形式生命都至关重要。每年的3月22日是世界水日（World Water Day），旨在唤醒人们对水资源的保护意识。

　　随着人口增长与工业发展，水污染问题日益严峻，各项水处理技术也随之发展起来。电子顺磁共振作为目前唯一能够直接检测和研究含有未成对电子物质的一种波谱学技术，能够为研究水处理工艺涉及的自由基机理、污染物降解路径、催化剂活性位点提供技术支撑。

水处理技术介绍

　　当前，水体中的主要污染物包括药品、表面活性剂、个人护理产品、合成染料、农药和工业化学品等。这些污染物除了难以清除以外，还可能影响人类的神经、发育和生殖等方面，因此保护水环境安全刻不容缓。

　　近年来，高级氧化技术（AOPs）（如：芬顿 / 类芬顿、过硫酸盐、催化二氧化氯氧化）、紫外光介导的高级氧化技术）如 UV/Cl₂、UV/NH₂Cl、UV/H₂O₂、UV/PS）、光催化剂（如钒酸铋（BiVO₄），钨酸铋（Bi₂WO₆ ），氮化碳（C₃N₄ ），二氧化钛（TiO₂ ）等，在水处理和环境修复领域引起了越来越多的关注。

　　在这些体系中可以形成各种高活性的自由基，例如羟基自由基（•OH）、硫酸根自由基（•SO₄-）、超氧自由基（•O₂-）、单线态氧（¹O₂）等，与传统物理生物技术相比，这些手段可以明显提高有机污染物的去除速率。这些水处理技术手段的研究发展，离不开电子顺磁共振技术的助力。

国仪量子EPR在水处理领域的解决方案

　　国仪量子推出的台式电子顺磁共振波谱仪EPR200M、X波段连续波电子顺磁共振波谱仪EPR200-Plus可为水处理中的光催化技术、高级氧化技术的研究提供解决方案。

　　检测、定性、定量光催化和AOPs体系产生的•OH、•SO₄-、•O₂-、¹O₂和其它活性物种；

　　检测并量化修复材料中的空位/缺陷，如氧空位、氮空位、硫空位等；

　　检测催化材料中掺杂的过渡金属；

　　鉴定可行性，辅助优化水处理工艺各项参数；

　　检测水处理过程中自由基活性物种及占比，为污染物降解机理提供直接证据。

解决方案

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高性能电子顺磁共振波谱仪

电子顺磁共振技术在水处理研究中的应用案例

案例1：EPR在高级氧化技术——UV/ClO₂中的应用

　　对于紫外介导的AOPs体系降解水中氟喹诺酮类抗生素过程的EPR研究；

　　药品与个人护理品（PPCPs；抗生素、化妆品、香料等）在水中被二氧化氯在紫外条件下所降解；

　　EPR技术检测并定性出羟基自由基、单线态氧是体系的活性物种；

　　光照时间增长后，•OH、¹O₂浓度增加，促进抗生素的降解；

　　EPR技术检测•OH、¹O₂浓度条件可用于优化PPCPs处理工艺。

案例2：EPR在高级氧化技术——芬顿/类芬顿中的应用

　　芬顿/类芬顿体系可以降解水中苯脲类除草剂（异丙隆、绿麦隆等）；

　　EPR技术可以检测、定性并定量体系中所有的自由基活性物种；

　　EPR可以帮助优化自由基的生成速率，如：pH、过氧化氢浓度、过渡金属离子等；

　　加入半胱氨酸和Cu²⁺后，羟基自由基浓度增加，促进污染物降解；

　　EPR技术检测并量化体系羟基自由基可以直接验证除草剂降解机理。

案例3：EPR在光催化技术——TiO₂中的应用

　　原位EPR技术揭示PAEs-TiO₂促进邻苯二甲酸酯（PAEs）的开环和矿化，导致水体近100%的解毒；

　　原位EPR检测自由基中间体•OH和PAEs开环前半醌自由基阴离子；

　　原位EPR和定量分析结果表明，选择性PAEs-TiO₂光催化剂上的开环形成水平较高；

　　原位EPR与UPLC-QTOF/MS相结合，提出了PAEs-TiO₂和TiO₂光催化剂上PAEs的降解途径。

　　光催化技术主要是半导体光催化剂吸收太阳能，产生光生电子和电子空穴的分离与迁移，在光催化剂表面产生如·OH、·O₂-等活性自由基，而后自由基与有机污染物之间发生加合、取代、电子转移等过程将污染物降解，同时高效、广谱、绿色的对水体杀菌消毒，进而达到净化水质，修复水体的目的。国仪量子自主研制的电子顺磁共振波谱仪能够为研究水处理工艺涉及的自由基机理、污染物降解路径、催化剂活性位点提供解决方案。

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