编辑推荐：
本文聚焦低温等离子体（LTP）在废水处理中的应用。其虽能降解污染物，但面临能耗高、可扩展性存疑等问题。文章呼吁调整研究方向，探索污染物及水基质，优化反应器设计，推动从概念验证迈向商业化，为 LTP 废水处理技术发展提供思路。
引言
低温等离子体（LTP）是部分电离的气体，含有多种活性物种。其中电子温度高，而原子、分子和离子温度接近室温。通过不同电极配置和激发源，可产生多种类型的等离子体放电。
当等离子体与液态水接触或在液体中直接形成时，会产生三个相互作用区域：等离子体区域、气液界面和液相。在等离子体区域，能量转化为化学反应性，生成多种离子、分子和光子。在界面处，初级活性物种（如羟基自由基（OH）、氢原子（H）和氧原子（O））发生溶剂化和复合反应，产生二次稳定物种（如 H2O2）并扩散到液相中。热等离子体电子还会溶剂化形成水合电子（e–aq），是强还原剂。
由于能产生羟基自由基，放电等离子体成为一种高级氧化过程（AOP）用于废水处理。自 20 世纪 80 年代起，等离子体就被用于处理多种污染物，但对于等离子体水处理成功的定义并不统一。有研究认为等离子体能耗高，在大规模应用中缺乏竞争力，但这种结论具有误导性，比如在处理全氟和多氟烷基物质（PFAS）时，等离子体处理在去除率、能量效率和处理时间上均优于现有技术。
为了让等离子体水处理技术得到广泛认可，它不仅要达到其他高级氧化过程的性能，还需显著超越它们，能够处理环境相关浓度的污染物，并实现高处理效率和完全矿化，之后再着重提升能量效率和可扩展性。
等离子体反应器设计
产生放电的方式多样，由此形成不同类型的反应器。直接在液体中放电可产生电液压放电反应器；在有外部引入气泡的液体中放电，形成气泡放电反应器；在气相中放电，使等离子体沿气液界面传播，即气相放电反应器；在气相中与水滴或雾接触放电，构成喷雾反应器；还有结合上述多种类型的混合反应器。
界面处的物理化学过程
目前关于等离子体反应器用于水处理的研究众多，有上百种不同的反应器设计，用于处理各类化合物。但为了明确基本设计和操作参数，需要对所处理的化合物、起始浓度、去除率、电极排列、放电能量、激发源和处理体积等关键参数进行系统比较。
污染物降解
在等离子体系统中，通常认为羟基自由基和臭氧（O3）是去除污染物的主要活性物种。然而，其他非 OH 等离子体产生的物种，如 O、H、e–aq、单线态氧（1O2）以及氮和氯衍生的物种，由于其生成、检测和表征困难，人们对它们的了解较少。这些物种反应动力学快且反应途径相互重叠，进一步增加了研究的复杂性。
等离子体反应器放大
目前，在将等离子体反应器放大用于（废）水处理方面进展有限。大多数研究集中在实验室规模，近年来仅有少数值得关注的中试规模研究。例如，Chen 等人将介质阻挡放电（DBD）等离子体处理与臭氧化相结合去除废水中的微污染物；Singh 等人利用中试规模的电晕放电等离子体反应器处理 PFAS 污染。
结论与展望
低温等离子体已被证明在处理 PFAS 方面有效，在处理非 PFAS 化合物方面也有潜力。然而，目前等离子体技术发展多依赖试错法，需要更多关于等离子体物理、化学、液相化学和化学工程耦合的基础研究，以优化反应器设计和实现工艺放大。遗憾的是，很少有基础研究能有效转化为实际应用。
