陈白杨
真空紫外185nm光摩尔吸收率及其意义
2025-6-21 23:58
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真空紫外(VUV)技术可通过多种活性物质降解水中的微污染物。然而,大多数目标化合物和共存物质(如离子、

天然有机物、缓冲剂、氧化剂等)在185纳米处的摩尔吸收系数(ε185)目前未知,这极大阻碍了对直接光解与

间接光解贡献的理解。为克服这一问题,我们全面搜集了已有各种溶质的ε185值,并介绍了影响ε185值的各种操

作和环境因素(如pH值、温度、剂量)。和其它讨论真空紫外(VUV)技术的综述不同,本文更强调本技术的原动

力,即光吸收率和光解量子产率。

研究背景

真空紫外光(VUV185)因其独特的物理化学特性,在过去二十年中成为水处理领域的研究热点。尽管其光强低于传统汞灯的254nm紫外光(UV254),但VUV185能通过裂解水分子产生额外自由基,显著提升对污染物的降解效率。然而,水体对VUV185的强吸收作用,以及实际水体中碳酸氢根、氯离子等共存物质的竞争吸收效应,限制了其应用效果。

针对这一挑战,本文总结了目前的测量方法:即构建包含低压汞灯、温控比色皿架及185nm金阴极传感器的台式装置,实现了对水组分摩尔吸收系数(ε185)的精准测量。这一技术突破为理解VUV185与污染物的相互作用机制奠定了基础。

机制解析

研究通过对水、溶解气体、离子及有机化合物等组分的ε185值进行系统测定,揭示了多项关键规律:

  1. 水的吸收特性:实验数据显示,水的ε185值在0.018至0.032 M⁻¹ cm⁻¹之间波动,且随温度升高显著增强。这一发现解释了温度对VUV185降解效率的影响机制。

  2. 离子吸收差异:无机离子如硝酸根(NO₃⁻)和氯离子(Cl⁻)表现出远高于水的ε185值,成为VUV185光子的重要吸收体;而碳酸氢根(HCO₃⁻)等离子的低吸收特性,则为其在特定条件下的选择性应用提供了依据。

  3. 有机物降解路径:有机化合物的ε185值与其分子量和卤化程度呈正相关,氧化剂(如次氯酸)和还原剂(如亚硫酸盐)的高吸收特性,进一步丰富了VUV185引发的自由基反应网络。

环境因素

研究还深入探讨了环境参数对降解效率的影响:

  • 温度效应:升温可提升多数化合物的ε185值,其中水的吸收增强尤为显著,这为高温条件下VUV185系统的设计提供了理论依据。

  • 浓度依赖性:甲醇等化合物的ε185值随浓度变化呈现非线性关系,提示需通过实验校准优化实际处理参数。

未来展望

该研究强调,准确测定ε185和量子产率(Ф)是解析VUV185降解机制的核心。通过建立标准化测试方法,可望实现以下突破:

  1. 技术优化:根据水质特性定制化设计VUV185反应器,提升对微量污染物的去除效率。

  2. 成本降低:通过减少无效光子吸收,降低能耗并延长光源寿命。

  3. 应用拓展:在工业废水处理、饮用水深度净化等领域展现广阔前景,尤其适用于含难降解有机物或高盐度废水的处理场景。

论文认为,未来需进一步开展多参数耦合实验,验证现有数据模型,并探索VUV185技术与其他高级氧化工艺的协同效应。随着对降解机制的深入理解,这项技术有望成为环境修复领域的重要工具,为全球水安全保障提供科技支撑。

论文链接: https://link.springer.com/article/10.1007/s10311-025-01851-6

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