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综述:水质与超声调控下纳米气泡强化O3氧化的特性与降解效率系统综述
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月24日 来源:Environmental Research 7.7
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(推荐语)本综述聚焦纳米气泡(NBs)与臭氧(O3)协同氧化的前沿进展,系统梳理了O3 NBs的生成原理、理化特性(如稳定性、zeta电位)及降解效能,重点解析水质(pH/温度/盐度)与超声调控(功率/频率)对NBs行为、O3传质效率(kLa)及活性氧(ROS/·OH)生成的影响,为废水处理领域提供理论指导与技术优化路径。
Abstract
纳米气泡(NBs)凭借其独特的理化性质成为研究热点,但现有综述多聚焦其基础特性而忽视与臭氧(O3)的协同效应。本文系统评述O3 NBs的生成与检测技术,对比不同制备方法所得NBs的差异,并阐明其相较于传统O3大气泡在稳定性、传质效率(kLa提升2倍)及自由基产量(·OH增加2.5 μg/L)上的优势。水质参数(如碱性条件下O3与NBs稳定性的矛盾)和超声调控(兆赫级频率对NBs生成的争议性影响)被证实为关键调控因素,为高效氧化技术开发奠定理论基础。
Introduction
臭氧(O3)虽具强氧化性(2.07 V)和·OH生成潜力(2.8 V),但受限于液膜传质效率低与自身不稳定性。NBs(直径<1 μm)通过表面负电荷(zeta电位-50至-20 mV)和巨大比表面积,显著提升O3溶解性并减少逃逸。研究表明,O3 NBs系统可同步增强传质与自由基路径,其降解速率常数达106-109 M-1·s-1,对难降解有机物矿化率提升显著。
Generation of NBs
主流生成技术包括流体空化、超声空化及多孔膜法,核心机制均依赖液相压力骤变引发空穴效应。超声法通过调节功率与频率可精准控制NBs尺寸分布,而膜法则更适用于连续化生产。值得注意的是,溶剂交换法虽操作简便,但易引入杂质影响NBs稳定性。
Mechanism of NBs maintaining high stability
NBs表面OH-吸附(因水合能低于H+)形成电荷屏障,结合布朗运动抵消浮力,使其寿命延长至数月。盐度(如NaCl)通过压缩双电层影响稳定性,但浓度阈值效应仍存争议。
The influence of water quality and ultrasound regulation
碱性环境(pH>10)虽促进·OH生成,却加速O3分解;超声频率1 MHz时NBs产率最高,但过高功率会导致气泡溃灭。温度升高虽加快反应速率,却可能破坏NBs结构,体现调控参数的复杂性。
Conclusions and Outlook
O3 NBs技术通过耦合物理传质与化学氧化路径,为废水处理提供新思路。未来需开发标准化NBs表征方法,并探索多场(光/电/磁)协同调控策略,以突破现有技术瓶颈。
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