非热等离子体高效降解水中荧蒽(FLT)的机制与性能研究：基于反应动力学与降解产物分析

本研究针对持久性有机污染物荧蒽(FLT)在水环境中的治理难题，采用针-水式非热等离子体(NTP)反应器，系统考察了电压、频率等参数对FLT降解的影响。结果表明：NTP可在5分钟内实现100% FLT去除，能量效率达110 mg/kWh，并通过LC-ESI-MS/MS鉴定出9种硝化/羟基化副产物。该研究为PAHs污染水体的绿色修复提供了新思路。

　　

多环芳烃(PAHs)作为一类具有强致癌性的持久性有机污染物，长期威胁着水生态系统和人类健康。其中荧蒽(FLT)因其复杂的稠环结构和低水溶性，成为最难降解的PAHs之一，被欧盟REACH法规列为高度关注物质(SVHC)。传统处理方法如光催化需2小时仅能去除80% FLT，而γ射线辐照虽效率较高却存在设备门槛高的问题。面对这一环境治理难题，开发高效、绿色的FLT降解技术迫在眉睫。

研究人员创新性地采用针-水式非热等离子体(NTP)反应器，通过调控电压(6-10 kV)、脉冲频率(1-10 kHz)等参数，系统研究了FLT的降解动力学。研究借助液相色谱-电喷雾三重四极杆质谱(LC-ESI-MS/MS)鉴定降解产物，并结合密度泛函理论(DFT)计算Fukui函数指数，揭示了FLT的降解机制。该成果发表在《Environmental Technology》期刊，为PAHs污染治理提供了新范式。

关键技术方法包括：1) 多针电极NTP反应器设计，优化电极-液面间距(4-10 mm)；2) 脉冲电源参数调控(电压6-10 kV，脉宽0.5-5 μs)；3) 液相稳定物种检测(H₂O₂、NO₃^-等)；4) LC-ESI-MS/MS分析降解产物；5) 基于B3LYP/6-31G的DFT计算预测活性位点。

研究结果方面：

3.1 参数优化
电极-液面间距与降解效率呈反比，6 mm间距下10分钟去除率达96%。高频(10 kHz)和短脉宽(1 μs)组合最佳，因短脉冲减少焦耳热损失，促进^•OH生成。

3.2 电压效应
电压与伪一级反应速率常数呈线性关系(斜率0.133 min^-1·kV^-1)，10 kV时5分钟去除率95%，能量效率达110 mg/kWh，显著高于传统AOPs。

3.3 活性物种
OES检测到N₂(C³Π_u)、OH(A-X)等特征峰。液相中H₂O₂在前10分钟被消耗，证实其参与FLT降解；pH从6.6降至4.5促进ONOO^-分解为^•OH/NO₂^•。

3.4 降解机制
鉴定出9种产物，包括羟基化(m/z 217/233)和硝化(m/z 246/262)产物。DFT计算显示C9位f⁰值最高，易受^•OH攻击；HOMO轨道显示C10位易受O₃亲电攻击。产物P2的HOMO-LUMO能隙(0.14448 a.u.)最大，稳定性最高。

该研究证实NTP能高效降解FLT，其优势在于：1) 针对疏水性FLT在气液界面富集的特点优化反应器设计；2) 通过RONS(^•OH/ONOO^-等)协同作用实现快速矿化；3) 能量效率较传统工艺提升2-3个数量级。研究不仅为PAHs治理提供了技术储备，其"等离子体参数-活性物种-降解路径"的研究框架也为其他难降解污染物处理提供了方法论借鉴。未来需在真实水基质中验证技术可行性，并探索与生物处理的联用策略。