紫外光解臭氧及其应用

紫外光解臭氧及其应用南引明（山西省运城高等专科学校物理系，山西运城０４４０００）近年来越来越多地应用臭氧进行消毒、杀菌以及净化空气和水源，但是臭氧作为新的污染源也相伴产生。当臭氧浓度为１００ｐｐｂ时，人的呼吸道就易受到刺激而发炎；浓度达５００００ｐｐ...     

利用紫外和荧光光谱指示臭氧降解典型内分泌干扰物的研究

污水处理和再生回用是缓解我国水污染严重和水资源紧张的有效途径。二级出水水量大、稳定且水质相对良好，是污水再生回用的良好水源。然而，二级出水中广泛存在内分泌干扰物(endocrine disrupting compounds, EDCs)，对其再生回用形成了潜在的安全风险。臭氧氧化是去除EDCs的有效方法，但二级出水中存在着多种有机质，臭氧降解EDCs的过程中同时和有机质中的活性基团发生反应，引起一定程度的臭氧衰减，从而对EDCs的臭氧氧化造成影响。有机质中与臭氧反应的活性基团变化可反映为特征紫外和荧光光谱的变化。因此，可以采用特征紫外和荧光光谱变化来指示臭氧对EDCs的降解效果。本研究通过考察二级出水中主要的三类有机质代表(腐殖酸、牛血清蛋白和海藻酸钠)对臭氧衰减动力学的影响，进一步解析有机质对5种典型EDCs臭氧降解规律的影响，在此基础上考察特征紫外和荧光光谱与EDCs臭氧降解效果的关系，以期筛选出二级出水中EDCs臭氧降解效果的指示参数，并建立其与EDCs降解效率之间的定量关系，从而以这些指示参数来预测EDCs的臭氧化降解情况，简化EDCs检测。该研究中五种目标EDCs(雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)和双酚A(BPA))采用超高效液相色谱-双质谱联用技术同时分析定量。通过考察不同种类二级出水有机质对臭氧衰减动力学和EDCs降解效果的影响发现三种有机质均可促进臭氧衰减，对EDCs的臭氧化降解效率均有抑制作用，顺序依次是腐殖酸>牛血清蛋白>海藻酸钠；三种有机质的紫外-可见光谱特征谱图表明有机质中能与臭氧反应的活性基团在紫外-可见光有特定的响应特征；三种有机质的三维荧光光谱特征谱图表明富里酸类腐殖质及喹啉类结构对臭氧消耗均有显著的贡献；腐殖酸在254，258和280 nm的紫外吸光度及激发波长/发射波长(Ex/Em)=240/396 nm，Ex/Em=345/436 nm的荧光吸光度去除率与臭氧投加量显著相关；其中280 nm处的特征紫外吸光度UVA₂₈₀，特征荧光吸光度Ex/Em=240/396 nm可作为臭氧降解EDCs的指示参数，具体为UVA₂₈₀去除率大于18%或者Ex/Em=240/396 nm去除率大于35%时，1 μmol·L-1的5种EDCs几乎被完全降解。此研究对污水处理厂臭氧去除EDCs过程中臭氧剂量的优化及EDCs去除效果具有指导作用，且可避免复杂的EDCs检测。     

Chappuis-Wulf波段临边辐射臭氧廓线的反演

临边辐射探测技术是一种新型卫星探测技术,主要利用紫外-可见光-红外太阳散射光谱获得臭氧等痕量气体在垂直方向上的分辨率廓线信息.基于波长配对光谱分析法、乘代数重建技术以及SCIATRAN正向模型,用SCIAMACHY仪器临边辐射反演垂直高度为10～40 km、分辨率为1 km的臭氧数密度.首先,根据臭氧在Chappuis...     

臭氧卫星遥感反演进展及挑战

臭氧是大气中重要的痕量气体,可影响对流层与平流层大气状态和过程。约90%的臭氧集中在平流层,可吸收下行紫外太阳辐射,保护地球生命系统;约10%的臭氧位于对流层,其空间分布多受局地生成和跨区域输送的影响。目前,臭氧已逐渐成为我国甚至全球首要污染物,臭氧污染防治也相应地成为我国未来大气污染防治的重点。本文回顾了卫星遥感臭氧的发展进程,包括臭氧卫星探测传感器、反演算法和应用进展,并着重分析了臭氧污染相关内容,包括臭氧污染时空特征分析、典型污染事件分析、臭氧污染与气象条件相互作用等。多种卫星探测载荷的仪器设计和反演技术的不断发展,使得卫星遥感臭氧反演和监测应用成为可能。卫星可通过紫外谱段和红外谱段而获取臭氧整层信息和垂直分布信息,目前臭氧柱总量监测精度较高,但对流层下层和近地面臭氧浓度反演精度还有待提高。根据现阶段的技术水平,可采用多种技术方法相结合来提升中低层臭氧的探测能力。臭氧污染的监管和防控需要摸清来源,准确评估污染的成因,可从前体物排放、化学转化、气象影响、三维传输等方面逐步进行解析。此外,氮氧化物(NO_x)和挥发性有机物(VOC_s)的协同减...     

等离子体物理及其材料处理专题编者按

正气体放电产生的等离子体是集成电路制备不可或缺的关键技术,利用等离子体中活性粒子赋予的独特的物理和化学特性,可为超大规模集成电路制备提供具有定向性、选择性和纳米级精细性的绿色先进加工技术,大规模应用于其沉积、刻蚀、封装、清洗等工艺制程.在材料表面改性、新材料制备、生物灭菌消毒、等离子体隐身、医疗器具及人造器官的清洗、臭氧生成、新型光源、废弃物处理等领域也具有极其重要的应用前景,其低温加工的特性使其成为柔性可穿戴智能材料和器件最合适的加工技术之一.     

科学家揭开臭氧形成之谜

夏天在城市中出现的臭氧从何而来 ,科学家早已清楚 ,太阳光会加热废气与其他污染物的混合物。但是在热带大西洋 ,臭氧是通过自然途径出现的 ,这一点一直使科学家感到迷惑不解。现在借助于卫星使科学家有可能准确查明臭氧源 ,同时确定臭氧究竟是自然产生还是人为技术成因。美国国家大气研究中心戴维·爱德华兹与加拿大以及欧洲同行一起着手解决这一问题 ,他们广泛收集 4颗卫星的数据 ,通过专门的计算机模型对这些数据进行处理。他们惊奇地发现 ,在热带非洲上空闪电会形成大量臭氧 ,这臭氧数量比农业或燃烧矿物燃料释放的臭氧还要多。科学家还…     

平流层中部垂直运动年循环异常的模拟研究

利用NCAR提供的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式(SOCRATES)进行模拟试验，进一步探讨年循环年际异常的可能成因.模拟结果的分析表明臭氧高值中心相对于赤道准两年移动是年循环的年际异常的一个重要原因.当臭氧高值区离开赤道偏向夏半球时，夏半球的平流层中部将吸收更多的太阳短波辐射，而冬半球的则相反，因此更大的短波加热率将增大夏半球平流层中部的上升运动，导致年循环的增强；相反地，臭氧高值中心接近赤道时则导致了相对较弱的年循环. 关键词： 臭氧 甲烷 年循环 准两年变率     

利用紫外和荧光光谱指示臭氧降解典型内分泌干扰物的研究（英文）

污水处理和再生回用是缓解我国水污染严重和水资源紧张的有效途径。二级出水水量大、稳定且水质相对良好,是污水再生回用的良好水源。然而,二级出水中广泛存在内分泌干扰物(endocrine disrupting compounds,EDCs),对其再生回用形成了潜在的安全风险。臭氧氧化是去除EDCs的有效方法,但二级出水中存在着多种有机质,臭氧降解EDCs的过程中同时和有机质中的活性基团发生反应,引起一定程度的臭氧衰减,从而对EDCs的臭氧氧化造成影响。有机质中与臭氧反应的活性基团变化可反映为特征紫外和荧光光谱的变化。因此,可以采用特征紫外和荧光光谱变化来指示臭氧对EDCs的降解效果。本研究通过考察二级出水中主要的三类有机质代表(腐殖酸、牛血清蛋白和海藻酸钠)对臭氧衰减动力学的影响,进一步解析有机质对5种典型EDCs臭氧降解规律的影响,在此基础上考察特征紫外和荧光光谱与EDCs臭氧降解效果的关系,以期筛选出二级出水中EDCs臭氧降解效果的指示参数,并建立其与EDCs降解效率之间的定量关系,从而以这些指示参数来预测EDCs的臭氧化降解情况,简化EDCs检测。该研究中五种目标EDCs(雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)和双酚A(BPA))采用超高效液相色谱-双质谱联用技术同时分析定量。通过考察不同种类二级出水有机质对臭氧衰减动力学和EDCs降解效果的影响发现三种有机质均可促进臭氧衰减,对EDCs的臭氧化降解效率均有抑制作用,顺序依次是腐殖酸牛血清蛋白海藻酸钠;三种有机质的紫外-可见光谱特征谱图表明有机质中能与臭氧反应的活性基团在紫外-可见光有特定的响应特征;三种有机质的三维荧光光谱特征谱图表明富里酸类腐殖质及喹啉类结构对臭氧消耗均有显著的贡献;腐殖酸在254,258和280nm的紫外吸光度及激发波长/发射波长(Ex/Em)=240/396nm,Ex/Em=345/436nm的荧光吸光度去除率与臭氧投加量显著相关;其中280nm处的特征紫外吸光度UVA_(280),特征荧光吸光度Ex/Em=240/396nm可作为臭氧降解EDCs的指示参数,具体为UVA_(280)去除率大于18%或者Ex/Em=240/396nm去除率大于35%时,1μmol·L~(-1)的5种EDCs几乎被完全降解。此研究对污水处理厂臭氧去除EDCs过程中臭氧剂量的优化及EDCs去除效果具有指导作用,且可避免复杂的EDCs检测。     

紫外线消毒技术的研究现状及发展趋势北大核心CSCD

在COVID-19流行期,为考察新型紫外线消毒技术研究及其应用状况,对紫外发光二极管和222nm远紫外消毒技术两类新型紫外消毒技术进行了探讨。详细介绍了UV-LED的单波长照射,脉冲紫外照射和多波长协同照射三种消毒方案的研究进展、应用场所并对其潜力进行了探讨;重点介绍了222nm远紫外消毒技术,对其应用和未来发展做出了展望;讨论了UV-LED现阶段遇到的问题并对紫外消毒市场发展做出了展望,预计未来紫外消毒市场中将形成汞灯为主,LED为辅,两者相互补充的格局。     

160kHz超声协同臭氧蔬果药残降解仪的设计与乙酰甲胺磷降解实验*

针对现有超声协同臭氧降解农药的研究多集中在20kHz至50kHz的频段内,而效果一直不够理想,以及目前民用的超声协同臭氧蔬果药残降解装置较少的问题,设计了一种160kHz超声协同臭氧蔬果药残降解仪。超声波发生器采用SG3525芯片驱动半桥式功率放大电路,并运用小范围扫频技术。臭氧发生器使用市场上量产的小型臭氧机。本文利用该降解仪进行了乙酰甲胺磷农药降解实验,对160kHz超声波协同臭氧的农药降解效果进行了初步研究,结果表明仪器对降解乙酰甲胺磷有效。     

基于加权乘代数算法分析全球平流层臭氧垂直分布差异

全球气候变化与南极臭氧空洞的形成促使人们关注大气臭氧含量的变化.臭氧通常通过天底卫星实现全球连续观测,进而获得全球柱浓度,但随着对臭氧的深入研究,全球臭氧分层观测问题也随之出现.本文将加权乘代数算法与辐射传输模型SCIATRAN相结合,采用2011年Chappuis-Wulf波段的SCIAMACHY临边辐射数据,反演出15—40 km高度之间的平流层臭氧廓线,解决了全球臭氧分层观测问题.在全球臭氧分层图中,观测到全球臭氧传输从低纬度地区的形成上升到中高纬度地区的消耗下降的整个过程,这与布鲁尔-多布森环流直接相关.在9—10月南极臭氧空洞最严重时期,南极极地环流对臭氧传输的阻碍作用明显,极地环流出现“透明墙”效果.一方面赤道臭氧难以传输至南极地区进行补充,另一方面南极地区上空存在的臭氧消耗物质滞留导致臭氧消耗加速,低补充和高消耗共同造成南极臭氧空洞.全球臭氧分层观测为全球臭氧研究提供了新的视角,将会促进人们对臭氧形成、传输以及消耗过程的研究.     

消毒灭菌的电离辐射与电磁辐射等物理技术比较分析北大核心CSCD

消毒灭菌技术广泛应用于食品工业、医疗领域、水处理等方面。相对于传统化学和热效应的消毒灭菌方法,γ射线、X射线、电子束、微波、低温等离子体、紫外线、高压脉冲电场等物理手段具有不污染环境、消毒灭菌温度低、没有化学残留物等优点而日益受到重视。但这些物理技术手段各有不同,本文首先介绍了γ射线、X射线、电子束、微波、低温等离子体、紫外线、高压脉冲电场等消毒灭菌的技术原理,然后对比了各自优缺点和应用领域。每种方法都有优势和不足,应针对不同的消毒灭菌对象而选择不同的方式。最后,展望了消毒灭菌的发展方向,提出了消毒灭菌在家庭日常消毒、医疗垃圾处理、有人状态下的室内空气消毒等方面的迫切需求。     

含氧等离子体中臭氧形成过程数值模拟

利用数值模拟程序对不同条件下氧等离子体和大气等离子体中臭氧的形成过程进行数值模拟. 结果发现：臭氧的形成与游离态氧原子密切相关;臭氧的最大数密度与初始电子数密度有关;臭氧最大数密度持续的时间与脉冲放电大气等离子体中放电间隔时间选取相关,最佳的放电间隔是游离态氧原子达到最大的时间. 关键词： 等离子体 数值模拟 臭氧产生     

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在同轴圆柱单介质内外双水冷结构的DBD臭氧发生器的放电间隙内分别填充玻璃珠、高铝瓷、石英砂和熔融石英砂等颗粒,研究填充颗粒材料、粒径大小、间隙宽度等参数对臭氧生成效率的影响.结果表明:颗粒材料的介电常数是影响其臭氧制取效果的主要因素,随着介电常数的增加,间隙击穿电压降低,但由于颗粒导致电场的畸变,间隙折合场强增加,臭氧生成的最大能效降低,饱和浓度提升;高铝瓷具有最高的臭氧饱和浓度,与未填充的空床相比,饱和浓度提升136％;对于填充不同粒径熔融石英砂颗粒,随着粒径的增加,间隙击穿电压上升,间隙的折合场强提高,臭氧生成的最大能效降低,而饱和浓度提升;通过在宽间隙内填充介质颗粒可以得到窄间隙宽度的臭氧制取效果.     

颗粒填充对介质阻挡放电制臭氧性能的影响

在同轴圆柱单介质内外双水冷结构的DBD臭氧发生器的放电间隙内分别填充玻璃珠、高铝瓷、石英砂和熔融石英砂等颗粒,研究填充颗粒材料、粒径大小、间隙宽度等参数对臭氧生成效率的影响。结果表明：颗粒材料的介电常数是影响其臭氧制取效果的主要因素,随着介电常数的增加,间隙击穿电压降低,但由于颗粒导致电场的畸变,间隙折合场强增加,臭氧生成的最大能效降低,饱和浓度提升;高铝瓷具有最高的臭氧饱和浓度,与未填充的空床相比,饱和浓度提升136%;对于填充不同粒径熔融石英砂颗粒,随着粒径的增加,间隙击穿电压上升,间隙的折合场强提高,臭氧生成的最大能效降低,而饱和浓度提升;通过在宽间隙内填充介质颗粒可以得到窄间隙宽度的臭氧制取效果。     

CH2 CHF与臭氧反应机理的量子化学研究

用量子化学MP2方法 ,在 6 311++G(d ,p)基组水平上研究了烯烃CH2 CHF与臭氧反应的机理 ,对氟代乙烯臭氧化反应Criegee机理进行了系统的计算 ,全参数优化了反应过程中反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型 ,在QCISD(T) / 6 311++G(d ,p)水平上计算了它们的能量 .并对它们进行了频率分析 ,以确定中间体和过渡态的真实性 .研究结果表明 ,氟代乙烯与臭氧反应沿Criegee机理是可信的、合理的 .同时研究还发现 ,就氟代乙烯与臭氧反应活性而言 ,其控制步骤的位垒较低 ,可以说氟代乙烯与臭氧反应活性较强 ,也就是说氟代乙烯对臭氧的损耗较大 .     

非平衡态氧等离子体性质的实验研究

给出了寂静放电产生的非平衡态氧等离子体特性的实验研究结果,并对空气中及氧气中合成臭氧的特性进行了研究,得到了在纯氧放电时臭氧质量浓度Ｃ＝ １８．９ｍ ｇ ·Ｌ－ １、臭氧产率Ｑ＝１８００ｍ ｇ ·ｈ－ １、臭氧单能产率η＝ ７０ｇ ·（ｋＷ ·ｈ）－ １ 的实验结果,同时对影响Ｃ、Ｑ的因素也进行了研究。最后,就臭氧对造纸黑液的脱色、降粘及脱木素的作用进行了实验探讨     

同位素与辐射技术对经济发展和科学研究的贡献

同位素与辐射技术是核科学技术向非核科学领域扩展和渗透而形成的一门交叉技术．它分为七项应用技术．同位素仪表、核医学、同位素示踪、辐射加工、固体材料辐射改性、核分析技术和核农业．同位素仪表是不接触被测物的控制手段，它是核技术应用中经济效益最大的一个方面．同位素示踪，其示踪剂不改变所加体系的原有状态和特性，探测灵敏度极高甚至可做到对原子数目一个个地进行计量．利用辐射可对物质或材料进行改性和对医疗用品进行消毒．核分折技术灵敏度高，准确性好，又不损坏样品，可作痕量或超痕量元素分析．总之，同位素与辐射技术具有其他技术不可替代的优点，已经而且将为人类带来越来越显著的经济效益和社会效益，是一门应用广泛的新技术．     

工业污水消毒脱色的紫外-可见吸收光谱分析

研究紫外-可见吸收光谱用于工业污水色度表征的替代方法,并用以比较消毒剂对污水的脱色效果。结果表明,对于色度组成变化较大的工业污水,应使用可见吸收光谱(350～600 nm)而非紫外吸收光谱表征色度。可见吸收光谱的特征值与污水的真色值相关性良好。三种消毒剂中臭氧和二氧化氯的脱色性能好于氯,但二氧化氯自身色度对脱色有负面影响。可见吸收光谱特征值能有效反映消毒处理后污水色度的变化。     

相对湿度和氧气浓度对滑动弧放电特性影响研究

本文通过检测背景气体不同含氧量和相对湿度下的放电电流强度和臭氧浓度,分析氧气和水汽对滑动弧放电特性的影响.结果表明,背景中氧气是臭氧的主要发生源,臭氧随氧气浓度的增大而增大.水汽的离解反应与臭氧发生反应存在竞争关系,同时其生成的OH粒子会与臭氧发生反应,因此水汽对臭氧的产生起抑制作用.由于氧气和水的电子结合系数都很高,水与电子还会发生离解结合反应,因此背景气体氧气浓度和水汽含量增大会减少等离子体区域的电子数量,降低放电电流强度.