综述:光催化和机器学习在水生系统中降解双酚A(BPA)的研究进展:一项批判性综述

【字体: 时间:2025年06月11日 来源:Journal of Cleaner Production 9.8

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  这篇综述系统探讨了光催化(photocatalysis)和机器学习(ML)技术在降解水体双酚A(BPA)中的协同应用,揭示了半导体材料(如TiO2 )通过产生活性氧物种(ROS,如·OH和H2 O2 )实现BPA完全矿化的机制,同时强调人工神经网络(ANN)模型(R2 达0.99)对优化降解参数的突破性贡献,为联合国可持续发展目标(SDGs)中的水质管理提供创新解决方案。

  

Abstract
双酚A(BPA)作为典型的内分泌干扰物,在瓶装水(印度,6469.2 ng/L)和鱼类(罗非鱼,482 ng/g)中检出高浓度残留,传统水处理工艺对其无效。光催化技术通过半导体(如TiO2
/g-C3
N4
复合材料)在光照下生成·OH自由基,实现BPA 100%降解,pH和光源波长是关键调控因素。

Introduction
BPA全球年产量达1060万吨,70%用于聚碳酸酯生产。其雌激素模拟效应导致水生生物细胞结构损伤,而膜分离和生物处理存在二次污染或效率低下问题。光催化因低成本、高矿化率成为新兴解决方案,而ML模型通过分析非线性数据加速工艺优化。

Bisphenol A in aquatic environments
BPA在环境中持久存在,欧盟因其内分泌干扰效应将其列为高关注物质。印度地表水检测浓度达1950 ng/L,英国废水更高达37,200 ng/L,凸显其跨境污染风险。

Photocatalysis as a BPA removal method
异质光催化剂通过能带结构调控提升氧化还原效率,复合纳米材料(如ZnO/Fe3
O4
)可增强可见光响应。H2
O2
辅助体系能显著提升·O2
?
产率,而空穴(h+
)直接氧化路径对低浓度BPA尤为有效。

Optimizing BPA degradation through machine learning innovations
ANN模型成功预测流体动力学空穴-芬顿联用工艺的最佳参数(pH=3.2,H2
O2
剂量15 mM),较传统试验节省90%时间。支持向量机(SVM)在吸附法优化中同样表现出色。

Conclusions
光催化-ML协同策略突破传统技术瓶颈,但实际应用中需解决催化剂回收和能源消耗问题。

Future perspectives
纳米材料工程可通过量子点修饰拓宽光吸收范围,而ML驱动的自动化反应器设计将成为下一代智能水处理核心。

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