有氧条件下真空紫外/亚硫酸盐对磷酸氯喹的降解

抗病毒药物磷酸氯喹(CQP)在疫情期间被大量使用,现有处理工艺对其去除效果有限,导致其释放到外界水环境。本研究探索了真空紫外(VUV)/亚硫酸盐/有氧体系对CQP的降解效能。在该反应体系中,四种氧化还原活性物种(e_(aq)^(-)、·H、SO_(4)·^(-)、·OH)均被证实对CQP降解有贡献。与前期研究相比,该体系可有效降解CQP,降解速率为0.093 1 min^(-1)。CQP的降解速率随着溶液pH及光强的提高而加快,随着亚硫酸盐浓度的增加先加快后减慢。共存Cl^(-)和DOM对CQP的降解速率有显著抑制作用,而HCO_(3)^(-)影响较小。

真空紫外协同Co^(2+)催化过硫酸氢钾降解罗丹明B

有机染料具有毒性强、色度高、不易降解等特性,为了高效去除有机染料,实验以真空紫外(VUV)为光源,研究了VUV协同Co^(2+)催化过硫酸氢钾(PMS)降解典型有机染料罗丹明B(RhB)的反应机制和转化途径.结果表明:①在RhB初始浓度为80 mg/L,Co^(2+)和PMS投加量分别为15μmol/L、0.5 mmol/L的条件下,VUV/Co^(2+)/PMS体系反应10 min,RhB去除率可达99.1%.VUV/Co^(2+)/PMS体系对RhB降解遵循一级动力学规律,反应速率常数(k)随初始质量浓度的增加而减小.②溶液初始pH对反应速率有较大的影响,随着pH减小,反应速率也同时减小.投加量为30 mmol/L的HCO_(3)^(−)、Cl^(−)均表现出显著的抑制作用,相较于对照组,RhB去除率由99.1%分别降至66.0%、84.2%,而NO_(3)^(−)和SO_(4)^(2−)抑制作用不显著;印染助剂柠檬酸钠也会显著抑制RhB降解.③自由基捕获实验和电子顺磁共振(EPR)测试结果表明,VUV/Co^(2+)/PMS体系中存在的氧化物种包括硫酸根自由基(SO_(4)^(−)·)、羟基自由基(·OH)、单线态氧(1O2).④根据紫外可见吸收光谱和质谱结果,初步推断RhB分子降解主要通过活性氧(ROS)攻击造成共轭结构破坏和N-位脱乙基等作用.另外,对总有机碳(TOC)进行测试,30 min时RhB矿化度可达到43.8%.研究显示,VUV/Co^(2+)/PMS体系能够有效去除RhB.

真空紫外活化过硫酸盐降解偶氮染料酸性红G

该文研究了真空紫外/过硫酸盐(VUV/PDS)体系降解偶氮染料酸性红G(ARG)的反应机制。在ARG初始质量浓度为60 mg/L、PDS为0.5 mmol/L条件下,VUV/PDS体系下反应5 min时ARG的去除率可达96.7%。溶液pH对反应速率影响不大,额外投加NO_(3)^(-)、HCO_(3)^(-)和Cl时会对反应产生抑制作用,而额外投加SO_(4)^(2-)对ARG降解率几乎没有影响。由自由基捕获实验及电子顺磁共振(EPR)得出,VUV/PDS体系中所存在的氧化物种主要包括硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)、羟基自由基(·OH)、单线态氧(^(1)O_(2))。根据紫外可见光谱分析,初步推断ARG降解主要通过偶氮键断裂、萘环开环。经总有机碳(TOC)分析,30 min时ARG矿化度可达到56.8%。

真空紫外在水处理中的作用机理及其研究进展

介绍了真空紫外线(VUV,254+185 nm)高级氧化技术辐射水产生活性氧化物质降解水中污染物的作用机理以及在水处理行业中的应用,同时包括VUV辐射氧气或者空气产生臭氧。概述了VUV工艺的优点和局限性以及影响脱色的主要因素,并对其在水处理中的可能应用及未来发展方向进行展望,为真空紫外在有机染料废水后续研究提供参考,提出研究建议。

基于真空紫外灯的光电离质谱在催化反应过程监测中的应用

催化反应机理研究是一个关键且极具挑战性的课题。在线监测催化反应过程中反应物、中间体和产物,可为复杂的催化反应网络、反应路径和反应动力学研究提供证据。真空紫外光电离质谱(VUV-PIMS)具有软电离、高灵敏度的优势,已成为备受关注的催化反应实时在线监测技术。本文综述了VUV-PIMS技术的发展情况,特别是基于真空紫外灯的光电离源研究进展,介绍了其在催化反应过程中稳定产物和活性中间体实时在线监测方面的最新应用,并针对催化反应过程精准表征的需求,对VUV-PIMS未来的发展趋势进行展望。

真空紫外活化过氧化氢降解有机染料废水研究

利用真空紫外(VUV)活化过氧化氢(H_(2)O_(2))产生更多的活性氧(ROS)对染料进行脱色去除,考察H_(2)O_(2)投加量、溶液初始pH值以及染料初始浓度对体系降解酸性红G(ARG)和罗丹明B(RhB)的影响。结果表明,H_(2)O_(2)投加量为3 mmol/L时,80 mg/L的ARG和RhB在7 min时脱色率分别可达到96.3%和98.4%,ARG和RhB的去除率随着初始H_(2)O_(2)浓度的增加而增大,但超过3 mmol/L时,对染料的促进作用受到限制。染料脱色过程符合准一级动力学模型。在酸性条件下,染料的脱色降解拥有更高的效率,而碱性环境下降解受到了抑制作用。自由基捕获实验及EPR检测结果表明,羟基自由基(·OH)和单线态氧(^(1)O_(2))是主要的ROS,·OH占主要作用。无机阴离子(HCO_(3)^(-)、Cl^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-))存在会抑制染料降解。通过紫外可见吸收光谱分析,初步推断ARG通过苯环先遭受攻击,之后偶氮键和萘环断裂,然后矿化;RhB主要是共轭结构破坏、N-位脱乙基、芳环开裂及矿化。

真空紫外活化亚氯酸盐降解酸性红G的机理

采用真空紫外(VUV)活化亚氯酸盐(ClO_(2)^(-)),研究其对偶氮染料酸性红G(ARG)的氧化降解机理,考察不同体系、ClO_(2)^(-)浓度、初始pH值、ARG初始浓度、无机阴离子和印染助剂对ARG降解效能的影响。结果表明:在ARG初始质量浓度为50 mg/L、ClO_(2)^(-)投加浓度为0.4 mmol/L的条件下,反应10 min时,VUV/ClO_(2)^(-)体系中ARG去除率可达98.3%。ARG去除速率随pH值的增大而降低,Cl-会促进ARG氧化分解,HCO_(3)^(-)有微弱的抑制作用,NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)影响较小,柠檬酸钠和十二烷基苯磺酸钠抑制作用显著。VUV/ClO_(2)^(-)体系中主要氧化物质为·OH、1O_(2)、Cl·和ClO·,ARG降解机理为偶氮键断裂和萘环被破坏。

基于磁控溅射法生长hBN薄膜的MSM型真空紫外探测器(特邀)

针对目前大面积高质量六方氮化硼(hBN)薄膜的制备与转移存在均匀性、晶粒控制、无损转移等问题,采用射频磁控溅射技术成功在2英寸硅和蓝宝石介电衬底上沉积了hBN薄膜,拉曼光谱、X射线光电子能谱表征证实了薄膜具有明显的hBN特征。制备了hBN基金属-半导体-金属型光电探测器,并探究了电极材料、薄膜厚度以及叉指电极宽度和间距对探测性能的影响。优选出的Ni电极探测器具有极低的暗电流(<3 pA@100 V),对185 nm波长光具有明显光响应,响应度和比探测率分别为2.769 mA/W和2.969×10^(9)Jones。

Fe-ZSM-5协同真空紫外和过硫酸盐催化氧化甲苯的强化工艺与机制

近年来,真空紫外(VUV)协同过硫酸盐的高级氧化工艺已被逐渐开发用于处理低浓度挥发性有机污染物(VOCs).然而,如何根据VUV及PMS的特性选择合适的催化剂从而提高工业低浓度苯系VOCs的降解和矿化效率成为当前的挑战.因此,本研究从改性ZSM-5的酸性入手,通过浸渍湿法成功制备了Fe-ZSM-5催化剂.利用Fe-ZSM-5耦合真空紫外和过硫酸盐的高级氧化体系在湿法条件下降解低浓度甲苯污染物,并对其催化性能和降解机制进行了探讨.结果表明,VUV+PMS+Fe-ZSM-5体系在240 min内仍能保持接近100.0%的甲苯去除率,矿化率高达67.0%.采用氨程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶红外(Py-FTIR)等表征对样品酸类型和酸量进行定性和定量分析,结果表明Fe改性减少了ZSM-5催化剂Brønsted酸的量,而显著增加了Lewis酸的量,有利于提高反应的活性和稳定性.电子顺磁共振谱(EPR)结果表明,在VUV+PMS+Fe-ZSM-5体系下,硫酸根自由基(SO_(4)^(·-))和羟基自由基(·OH)作为主要活性物种参与了甲苯的降解.液相色谱-质谱(LC-MS)检测到苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸、醋酸、丙酸、2-戊酮等多种中间产物,而气相色谱仪(GC)没有检测到出口气体中的气态中间产物,表明该工艺能有效避免空气的二次污染并将中间产物转移到液相进行下一步处理.研究结果为VUV/PMS湿法处理工业低浓度苯系VOCs工艺的开发提供新思路.

真空紫外激光解吸/电离单细胞质谱成像装置的研制和调试

开发同时具有亚微米分辨率以及高检测灵敏度的无基质质谱成像方法,对于可视化单细胞生物样品具有重要意义。在此,提出了真空紫外激光解吸/电离飞行时间质谱成像(VUVDI-ToFMSI)方法。通过调整基频光波长至777.7、403.22和255 nm,汞蒸气池中氩气气压至1100 Pa以及温度至240℃,获得接近13μJ/pulse的高强度VUV激光能量;同时,设计的同轴光路聚焦VUV激光至亚微米水平;另外,通过进一步调整偏转电场、离子聚焦电场以及反射电场的电负性以及电压等参数,离子的飞行路径得到矫正与优化。基于这种方法,实现了单个HeLa细胞中外源性药物亚甲基蓝(m/z 284.4)、内源性代谢物离子信号m/z 152.1以及m/z 81.1的纳米级成像(~500 nm/pixel),结果表明它们分别富集在细胞质、细胞核以及核仁内,证明了该方法在绘制单细胞不同区室内外源和内源性化学物质的高分辨以及高灵敏度的成像能力。该VUVDI-ToFMSI平台将为了解更多生物样本的精细结构与功能提供更完整、更深入的化学信息。

Seya-Namioka类型真空紫外光谱系统的研制和性能测试

为了满足磁约束核聚变领域的杂质测量要求,研制了一套Seya Namioka真空紫外光谱仪。该光谱仪的主要部件是可调宽度的入射狭缝、凹面光栅和探测器。光谱仪的光通量通过可调节宽度的入射狭缝来调节,入射狭缝宽度可以在10~1000μm范围内调节。分光元件选用线密度为1200 lines·mm^(-1)的凹面全息光栅。光栅表面涂有铝(Al)和氟化镁(MgF2),以提高衍射效率。光栅的可使用波段为50~460 nm,针对其中的50~250 nm波段进行光路优化设计。选用深度制冷背照式电荷耦合器件(CCD)作为光谱仪的探测器。通过转动光栅转台旋转光栅来改变衍射角,实现50~250 nm范围内的光谱观测。基于凹面光栅的参数,确定了具体光路,并分析了波长随光栅旋转角度的变化关系及不同波长处的线色散率。基于凹面光栅成像理论,对系统的光谱分辨率进行了计算分析。通过分析不同出射臂下的光谱分辨率,确定最优出射臂为205 mm。在出射臂为205 mm、入射狭缝为20μm的情况下,分析了入射狭缝宽度、像素大小、像差和衍射极限对光谱分辨率影响。结果表明:衍射极限对光谱分辨率的影响最小,基本上可以忽略不计,出射狭缝的宽度对光谱分辨率有较大贡献,大约为0.09~0.10 nm,且在50~250 nm波长范围内缓慢增加。分析了不同入射狭缝宽度(10~80μm)下光谱分辨率,光谱分辨率随狭缝宽度呈递增趋势,变化范围为0.10~0.32 nm,当狭缝宽度达到80μm时,光谱分辨率已经变的较差,不利于高分辨线辐射光谱测量。在实际测量中,应该综合考虑光通量和光谱分辨率需求。采用低压汞灯和微波等离子体光源进行波长校准和性能测试。基于零阶光谱和汞灯的特征光谱HgⅠ(185 nm)对光谱仪进行了波长标定。通过HgⅠ(185 nm)谱线的高斯拟合分析,得到仪器在185 nm处的光谱分辨率为0.1243 nm,与理论计算值接近。通过实验与理论计算对比不同出射臂下的HgⅠ(185 nm)光谱分辨率,验证了仪器在出射臂为205 mm处获得最佳光谱分辨能力。利用微波等离子体放电光源装置对光谱仪进行了进一步的性能测试,基于光源发射的氮、氧和氦线的测量,验证了光谱仪在50~250 nm波长范围内具有良好的探测能力。

真空紫外活化过硫酸盐去除藻类胞外有机物

在水华爆发期间,藻类胞外有机物(EOM)在水体中累积,对水处理工艺和出水水质带来不容忽视的风险。EOM难以被常规净水工艺去除,且次生消毒副产物会显著影响供水水质,亟需开发高效的水处理技术来降解EOM。真空紫外(VUV)能够原位产生活性氧化物种(ROS)去除有机污染物,具有去除EOM的潜力。为此,采用真空紫外(VUV)活化过硫酸盐(PS)去除EOM,探究其处理效能、影响因素、反应机制和对消毒副产物(DBPs)生成的影响,并将其应用于天然含藻水处理。结果表明:VUV/PS体系能快速降解和矿化EOM,UV_(254)和DOC去除率分别为93.7%和74.1%;随PS投加量的增加,EOM的降解率显著增大,酸性条件可促进EOM的降解和矿化效率;水中共存的HCO_(3)^(-)和Cl^(-)会明显抑制VUV/PS体系对EOM矿化的效能,而NO_(3)^(-)的影响相对较小;由于VUV辐照促进了ROS的生成,VUV/PS体系中羟基自由基(HO^(·))和硫酸根自由基(SO_(4)^(·-))浓度高于UV/PS体系;EOM在VUV/PS体系中的高效矿化主要归因于HO^(·)和硫酸根自由基SO_(4)^(·-),溶解氧通过促进以HO^(·)和SO_(4)^(·-)为主的ROS生成,可有效促进EOM的降解;经VUV/PS处理后,后续氯消毒过程中DBPs的生成量显著下降。VUV/PS体系在处理天然含藻水时能够明显降低水中的UV_(254)、DOC质量浓度以及DBPs生成量。

真空紫外线在小型水质净化器中的应用

185 nm紫外线是一种具有强大氧化能力的高级氧化技术,能够有效地分解水中微量有机物。文中利用低压汞灯发出的185 nm紫外线的氧化能力,针对水中微量有机物的去除进行了试验研究。首先,设计制作了单灯净水器和4灯并联的加强型净水器进行试验研究,结果表明,185 nm紫外线在去除抗生素等污染物方面具有潜力;大石英套管的使用显著提高了净水器的效果。此外,探究了不同流量、抗生素浓度和紫外线灯数量对净水器去除效率的影响,并探讨了流量变化对混合扰动和去除率的关系。最后,通过消毒试验验证了加强型净水器的消毒效果。研究为家庭提供了一种高效的水质净化解决方案,并为紫外线技术在水处理领域的应用提供了实证和探索。

真空紫外活化亚硫酸盐在有氧条件下降解二甲双胍

以治疗Ⅱ型糖尿病的基础药物——二甲双胍(MET)为研究对象,考察其在真空紫外(VUV)活化亚硫酸盐有氧(VUV/SO_(3)^(2-)/O_(2))体系中的降解效果。通过淬灭试验,验证了反应体系中硫酸盐自由基(SO_(4)^(-)·)、羟基自由基(HO·)、水合电子(e-aq)和氢离子自由基(·H)活性物质的存在,同时考察VUV/SO_(3)^(2-)/O_(2)体系中pH、亚硫酸盐(SO_(3)^(2-))浓度、光强、天然有机物(NOM)和常见无机离子对MET降解的影响。结果表明VUV/SO_(3)^(2-)/O_(2)体系对MET的降解效果明显优于VUV/O_(2)或SO_(3)^(2-)/O_(2)体系,在180 min内可降解91%的MET;MET降解率随pH的增大先上升后下降,随SO_(3)^(2-)浓度和光强的增加而增加;NOM、HCO_(3)^(-)、Cl^(-)和NH+4的加入对MET降解均起到抑制作用。共检测到6种降解产物,推测MET共有3条降解路径,产物主要经过C—N键断裂、去甲基化、脱氨基化、环化和脱氢等反应得到。

真空紫外光电离质谱在线检测卷烟主流烟气气溶胶中气体和颗粒物的化学成分

本文采用吸烟机模拟吸烟状态,结合自制的真空紫外光电离质谱仪,在线检测和表征卷烟主流烟气中气体和颗粒物的化学成分,获得各自的特征成分,并开展逐口抽吸特性研究。结果表明,卷烟主流烟气中的气体成分主要为小分子质量的挥发性有机物,而颗粒物的成分复杂,在质谱仪质量分析范围(m/z<400)内均有检出。烟气两相成分的归属结果显示,部分成分主要以气体形式存在于烟气中,而另一些成分仅存在于颗粒物中。此外,研究发现,苯酚、糠醛、二羟基苯、二甲基苯酚、愈创木酚和柠檬烯等成分在气相和颗粒相中均有检出。逐口分析中,气体成分呈现2种变化特征,绝大多数成分的信号强度随抽吸口数增加而增强,而部分不饱和烃则在第2口抽吸中具有较高的相对强度,之后逐渐降低并趋于稳定或略有上升;几乎颗粒相中所有成分都呈现逐口增强的趋势,与气相成分相比,颗粒相成分的增长趋势更平缓。

真空紫外光电离质谱及其在大气化学中的应用研究

大气环境污染成因复杂,往往涉及一系列复杂的化学反应过程,且包含众多的挥发性有机物气体分子、自由基和气溶胶颗粒物等,在线检测是大气化学领域的难点和热点问题。真空紫外光电离质谱技术使分子吸收单个光子能量后,在其电离能阈值附近“软”电离,可以获得分子离子质量信息,具有质谱图简洁、碎片离子少和易于解析等特点,能够从分子层面上在线测量大气化学反应过程中关键的化学成分,揭示复杂的大气化学反应机理,在大气化学领域具有较好的应用前景。本文介绍了基于真空紫外激光、同步辐射光源、自由电子激光和真空紫外放电灯等多种光源的真空紫外光电离质谱技术,阐述了近年来该技术在大气挥发性有机物、自由基以及气溶胶颗粒物化学成分检测方面的进展,并展望真空紫外光电离质谱技术的发展方向。

Si基片上Au膜真空紫外反射特性研究

对Si片上Au膜在真空紫外波段的反射特性进行了系统的研究。采用离子束溅射,选择不同的镀膜参数,在经不同前期清洗方法处理过的Si片上,镀制了各种厚度的Au膜。利用科大国家同步辐射实验室的反射率计,对Au膜在真空紫外较宽波长范围内的反射率进行了连续测量。测试结果表明:Si片上Au膜厚度和辅助离子源的使用方式对Au膜反射率有重大影响,而镀前基片表面清洗工艺等对反射率影响不显著。采用辅助离子沉积或镀前离子清洗,可提高Au膜反射率;但离子清洗和辅助离子沉积同时使用会给反射率带来显著的不利影响。膜厚在30 nm左右,55°入射角时反射率最高,可高达40%。

真空紫外线应用于水消毒和净化领域的理论基础和潜力

低压汞灯中的汞蒸汽在电弧的作用下会发射出253.7 nm和184.8 nm两个波长的紫外线。253.7 nm波长的紫外线广泛用于消毒,而185 nm紫外线的光子有很高的能量,具有很高的氧化性。与253.7 nm紫外线相比,185 nm紫外线的消毒机理不同,它是通过无选择地对微生物细胞的各器官进行氧化,这种消毒机理在理论上可避免253.7 nm紫外线消毒中的光复活问题。在环境净化领域,作为一种不加化学药剂的纯净高级氧化技术,有望在分解水中的新兴污染物方面发挥作用。185 nm紫外线在空气中会产生臭氧,合理利用这些臭氧,可以实现单灯组成的双波长(184.8 nm、253.7 nm)紫外线+臭氧的高级氧化装置,高效地进行消毒或环境净化。185 nm紫外线和其他高级氧化技术结合,可以实现远大于1+1的高级氧化效果。

界面粗糙度对真空紫外光学薄膜光谱性能影响研究

设计了193 nm窄角度和宽角度入射增透膜以及正入射高反膜,其中增透膜s和p偏振光透射率的最大偏差分别为0.17%和0.44%。结合标量散射理论和等效吸收层近似理论,多层膜间的粗糙界面等效为薄的吸收层,基于薄膜本征传输矩阵计算分析了不同界面粗糙度下的光谱性能。研究发现,薄膜光谱性能随着界面均方根粗糙度的增加而急剧退化,高反膜反射带宽也随之降低,达到4 nm时,宽角度入射增透膜和高反膜光谱性能在193 nm处分别退化2.04%和2.09%。界面粗糙度是影响高光谱性能真空紫外光学薄膜制备的重要因素。

真空紫外光技术制备致密非晶态ZnO薄膜

以六水合硝酸锌为原料,乙酰丙酮为配体剂,无水乙醇为溶剂,氨水为添加剂,制备了乙酰丙酮锌络合物前驱体溶液。以掺氟氧化锡导电玻璃为基底,将前驱体溶液旋涂到基底,在干燥的氮气气氛中,经波长为172 nm的真空紫外光照射5分钟后,可以对前驱体薄膜中的金属有机前躯体进行光化学分解,形成氧化锌薄膜。采用紫外吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、以及扫描电镜对薄膜进行表征和分析。结果表明,有机配体在真空紫外光光照5分钟内迅速分解和缩聚,生成无针孔、高致密的ZnO薄膜。