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这篇综述聚焦外场强化高级氧化工艺（AOPs）降解难降解污染物。介绍了 AOPs 的原理与不足，重点阐述光、热、电、磁场强化 AOPs 的反应机制，分析其优劣并展望未来，为解决水污染问题提供新思路。
引言
随着工业化快速发展和人类活动加剧，大量难降解有机污染物进入水环境，成为全球重大环境挑战。传统环境处理技术，如微电解、Fenton 催化（基于 Fe2+催化 H2O2生成?OH，适用于高浓度有机废水预处理，但存在 pH 依赖强、铁离子易与有机中间体配位导致催化活性位点损失等问题）、电催化、臭氧氧化（利用臭氧直接氧化或通过链反应生成?OH，可用于消毒和去除少量污染物，但对部分污染物选择性低，可能产生更有毒副产物）、生化处理等，在降解这些污染物时效果不佳，甚至会产生有毒副产物。
高级氧化工艺（AOPs）的核心是通过物理或化学方法产生活性氧物种，利用其强氧化性（如?OH 氧化电位达 2.8 eV）降解污染物。常见 AOPs 技术各有优劣，如光催化氧化技术以 TiO2、ZnO 等半导体为催化剂，光激发产生电子 - 空穴对生成活性自由基，反应条件温和且无二次污染，但光生载流子复合率高、光利用效率低，限制了在工业废水处理中的应用；电化学氧化通过电极反应生成活性物质，需电解质保证电流通量，但溶液会产生电阻和热损失，降低催化效率；湿催化氧化在高温高压液相环境、催化剂和氧化剂（通常为氧气或空气）协同作用下，将有机物分解为 CO2、H2O 和小分子酸等无害物质，但部分难降解有机化合物（如多环芳烃）氧化不完全，会产生小分子副产物需进一步处理，且高温高压对反应器材料要求高，设备投资和维护成本高昂 。
从分子和原子层面看，物质的化学性质由电子云决定。经典物理学表明，外部电场和磁场可影响电子轨道，改变电子云分布，进而影响物质化学行为。例如，电磁辐射与分子系统相互作用可使物质吸收能量，激发到更高能级，不同波长电磁波与分子相互作用会产生分子吸收光谱，促进分子活化，利于降解。此外，外部磁场可引起分子内原子核和电子自旋能级变化（磁共振现象），改变分子能级，增强其反应性。将光、热、电、磁等能量形式引入降解过程，为强化 AOPs 提供了理论基础。本文将聚焦于引入光、热、电等外部能源显著强化 AOPs 的场景进行分析总结。
光强化高级氧化反应
光是一种电磁波。研究表明，光可驱动和诱导偶极 - 偶极相互作用。基于量子化学计算，有学者提出摩尔消光系数与最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）之间的能隙减小存在强相关性。在光强化高级氧化反应中，光的能量能够激发分子，使其从基态跃迁到激发态，降低反应的活化能，从而加速反应进程，提高对难降解污染物的降解效率。
热效应强化高级氧化反应
通过热效应强化高级氧化反应可采用升高温度、添加催化剂等方法。其强化机制主要包括：一是升高反应温度，加热能加快反应分子的运动速度，降低反应的活化能，进而加快反应速率；二是促进羟基的产生，热效应有利于体系中产生更多具有强氧化性的羟基自由基，增强对污染物的氧化降解能力，从而更高效地去除难降解污染物。
磁场强化高级氧化工艺
从分子角度来看，外部磁场能够改变分子的自旋状态，通过塞曼效应诱导能量分裂，影响分子的局部电子结构和电荷分布。磁场可使自旋角动量排列整齐，平行排列时能量较低。有文献报道，这会导致体系电子自旋多重度发生变化，进而改变分子的反应活性，使高级氧化反应更易进行，提高对难降解污染物的降解效果。
电场强化高级氧化工艺
任何物质都被电磁场包围。对于非生命物质，电场会产生表面效应。利用电场是操控化学反应热力学和选择性的清洁有效方法。由于电场的存在，反应物的键结构、分子几何构型甚至过渡态都可能因场 - 偶极相互作用而改变，从而影响反应的进行，增强高级氧化工艺对难降解污染物的降解性能。
结论与展望
物质的化学性质由电子云行为决定，而外部电场和磁场会影响电子云的运动，改变自旋 - 轨道相互作用、能级、摩尔吸光系数、分子极化等因素，进而改变物质的化学性质，增强物质的活化和降解性能。基于现有研究，外场强化高级氧化工艺展现出一定优势，但也存在一些问题。未来需进一步深入研究不同外场强化方式的协同作用，优化反应条件和工艺参数，开发更高效、稳定的催化剂和反应器，以推动该技术在水污染治理领域的广泛应用，应对日益严峻的环境污染挑战。
