科研進(jìn)展
青海鹽湖所在等離子體耦合光催化協(xié)同增強降解鉀鹽浮選藥劑方面取得進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院青海鹽湖研究所輕合金與稀散元素分離課題組在高鹽有機(jī)廢水高效治理方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以 “Tailoring reactive oxidative species (ROSs) cascades in a tandem non-thermal plasma/defect-engineered TiO2 system for enhanced degradation of flotation reagent-laden brine: Unlocking synergistic ROSs generation and pathways”為題，發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》。中國科學(xué)院青海鹽湖研究所為第一單位，張思遠(yuǎn)副研究員為論文第一作者，劉海寧和葉秀深研究員為通訊作者。
高鹽工業(yè)廢水中常含有難降解有機(jī)污染物，鹽分又會顯著抑制活性氧物種作用效率，導(dǎo)致高級氧化過程處理效果下降，因此高鹽有機(jī)廢水治理一直是環(huán)境工程領(lǐng)域的技術(shù)難點。針對鉀鹽浮選尾鹽中十八胺（ODA）和十二烷基嗎啉（DMP）典型浮選藥劑難以高效去除的問題，研究團(tuán)隊構(gòu)建了一種非熱等離子體與光催化串聯(lián)協(xié)同體系，并通過等離子體誘導(dǎo)缺陷工程策略制備出富含表面氧空位和Ti3?活性位點的TiO2光催化材料（TiO2-P），實現(xiàn)了真實高鹽尾礦鹵水中有機(jī)污染物的快速高效降解。
研究表明，所構(gòu)建的TiO2-P材料具有明顯優(yōu)于原始TiO2的光電性能。XPS和EPR分析證實，其表面富集了高密度氧空位和Ti3?缺陷位點；Mott-Schottky與光電流測試進(jìn)一步表明，缺陷工程使材料載流子濃度提升至4.28 × 1018 cm-3，較原始TiO2提高7.1倍，光電流響應(yīng)增強4.3倍，顯著抑制了電子-空穴復(fù)合并加快了界面電荷傳輸。
在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊將TiO2-P引入非熱等離子體體系，成功實現(xiàn)了反應(yīng)活性氧物種級聯(lián)調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，該串聯(lián)體系能夠有效促進(jìn)·OH、
、1O2等多類活性氧物種的協(xié)同生成與傳遞，顯著增強高鹽環(huán)境下污染物氧化降解能力，突破了傳統(tǒng)高級氧化過程在高鹽體系中易受淬滅效應(yīng)限制的瓶頸。性能測試結(jié)果顯示，該體系對模擬及真實鉀鹽浮選鹵水中的ODA和DMP均表現(xiàn)出優(yōu)異去除效果。尤其在真實鉀鹽浮選尾礦鹵水中，目標(biāo)污染物可在15分鐘內(nèi)實現(xiàn)完全降解，總有機(jī)碳（TOC）去除率達(dá)到55%—62%，表現(xiàn)出良好的礦化能力和復(fù)雜基質(zhì)適應(yīng)性。
除處理效果外，研究還系統(tǒng)揭示了該體系的協(xié)同作用機(jī)制。結(jié)果表明，非熱等離子體不僅提供豐富的初始活性粒子和局域能量輸入，還可與缺陷工程TiO2表面形成耦合增效，促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移和ROS級聯(lián)反應(yīng)，從而驅(qū)動ODA和DMP由長鏈、強疏水、難降解分子向小分子、低危害中間體轉(zhuǎn)化，并進(jìn)一步提高體系解毒與礦化能力。該研究為高鹽浮選尾礦鹵水中有機(jī)藥劑污染控制提供了新的技術(shù)路線，也為復(fù)雜工業(yè)鹵水處理及下一代高級氧化技術(shù)開發(fā)提供了理論依據(jù)和設(shè)計思路。該工作不僅驗證了非熱等離子體—光催化協(xié)同體系在真實高鹽工業(yè)廢水中的應(yīng)用潛力，也闡明了放電動力學(xué)與催化劑表面缺陷結(jié)構(gòu)之間的深層耦合關(guān)系，為推動高鹽廢水綠色高效治理提供了重要支撐。
圖 1 等離子體-光催化耦合協(xié)同增強降解機(jī)制
該研究得到國家自然科學(xué)基金（U24A20551, 12505291）、青海省科技計劃項目（國際合作專項2025-HZ-803）和青海省昆侖英才計劃資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173053
審核：葛飛
