催化臭氧氧化用于降解水中抗生素污染物研究進(jìn)展

鞏合松，胡 昊，潘順龍,*

(1.贛榆區(qū)綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江蘇連云港 222100；2.南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 211816)

隨著制藥工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量藥物污染物,特別是抗生素，已廣泛用于治療人類和動(dòng)物疾病以及水產(chǎn)養(yǎng)殖和牲畜飼養(yǎng)[1]。2000年—2015年，全球抗生素消費(fèi)量增長(zhǎng)了65%，抗生素消費(fèi)率增長(zhǎng)了39%[2]。隨著養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致獸用抗生素的使用也逐年增加，獸用抗生素消耗量幾乎是人類消耗量的3倍[3]。然而，抗生素?zé)o法被腸道完全吸收或代謝，常作為母體化合物或活性代謝產(chǎn)物的形式排泄出體外。

目前常規(guī)污水處理廠的廢水處理工藝去除藥物污染物效果不佳，吸附法在多次操作周期后，吸附容量逐漸減少，而且在廢水處理后需要進(jìn)一步處理廢棄吸附劑[4]。膜法投資和運(yùn)行成本高，對(duì)于高濃度污染物，為了避免結(jié)垢常需要投加阻垢劑，產(chǎn)生的膜濃縮液需要額外處理[5-6]。生物處理法去除抗生素時(shí)，抗生素的去除效率相對(duì)較低，甚至有助于選擇性地增加微生物抗生素耐藥性和抗生素耐藥性細(xì)菌(ARBs)[7-8]，使得在各種自然環(huán)境中頻繁檢測(cè)出抗生素[9]，可能使得抗生素抗性基因(ARGs)和ARBs在自然環(huán)境中不斷產(chǎn)生和積累。因此，生物法處理抗生素廢水會(huì)增加傳播抗生素耐藥性的風(fēng)險(xiǎn)，直接危害人類的健康，并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成威脅[10-11]。因此，找到一種有效的方法來(lái)去除廢水中的抗生素是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。

在近幾年，高級(jí)氧化工藝(AOPs)已被廣泛研究，可有效去除水和廢水中的抗生素和其他有毒有機(jī)污染物，被認(rèn)為是最有效的非選擇性化學(xué)氧化技術(shù)之一[12-13]。在不同的AOPs中，芬頓氧化會(huì)產(chǎn)生大量含鐵污泥[14]；電化學(xué)氧化處理低濃度污染物具有處理效率較低、能量消耗較高等缺點(diǎn)[15]；光催化劑易失活、光源利用率低[16]。由于近年來(lái)臭氧生產(chǎn)的成本大大降低且不產(chǎn)生危險(xiǎn)廢棄物(如芬頓工藝的含鐵污泥)，臭氧氧化受到越來(lái)越多的關(guān)注[17]。在臭氧氧化中，催化劑的加入可以改善臭氧的分解，以產(chǎn)生高活性的自由基，促進(jìn)有機(jī)物的有效礦化[18]。各種金屬、金屬氧化物、活性炭和礦物被用作催化劑，以提高污染物的去除效率。此外，催化劑的加入進(jìn)一步提高了臭氧利用的效率。本文闡述了催化臭氧氧化工藝氧化抗生素污染物的基本原理、催化劑類型和影響因素，總結(jié)了催化臭氧化去除抗生素的前景。

1 催化臭氧氧化

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，氧化還原電位為2.07 V，能氧化和分解廢水處理中的有機(jī)污染物。臭氧對(duì)有機(jī)物的氧化途徑主要是臭氧直接氧化污染物和臭氧催化產(chǎn)生的·OH間接氧化污染物[19]。然而，單靠臭氧化通常不足以完全礦化有機(jī)污染物，因?yàn)槌粞踉诠裟承┯袡C(jī)化合物方面具有選擇性，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生有毒中間體[18]。與其他基于臭氧的處理方法相比，催化臭氧氧化不需要其他能源成本(如紫外線)，適用的pH范圍廣，可以降低調(diào)節(jié)pH成本，進(jìn)而降低運(yùn)營(yíng)成本。與單獨(dú)臭氧化相比，催化臭氧氧化向反應(yīng)體系投加催化劑，通過(guò)提高臭氧的分解速率，產(chǎn)生非選擇性和更具氧化性的·OH。研究[20]表明，在催化臭氧氧化過(guò)程中使用過(guò)渡金屬和金屬氧化物能更有效地降解有機(jī)污染物。

1.1 均相催化臭氧氧化

均相催化臭氧氧化的催化劑常常采用可溶性過(guò)渡金屬類化合物，如Co(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Al(Ⅲ)和Ni(Ⅱ)等[21]。主要原因是過(guò)渡金屬含有未充滿的價(jià)層d軌道，容易進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移，同時(shí)氧化還原能力較強(qiáng)[22]。均相臭氧催化氧化的機(jī)理可以分為·OH理論和絡(luò)合物理論[23]?！H理論是臭氧在金屬離子催化分解產(chǎn)生·OH，絡(luò)合物理論是有機(jī)污染物和金屬離子與形成絡(luò)合物，然而與臭氧直接反應(yīng)。

然而，添加過(guò)渡金屬離子會(huì)導(dǎo)致二次污染物的產(chǎn)生，而且金屬離子濃度很低，常規(guī)方法不易分離回收。因此，使用均相催化臭氧氧化處理實(shí)際廢水受到了限制。非均相催化劑在長(zhǎng)時(shí)間保持化學(xué)穩(wěn)定性的同時(shí)，易于分離且可以長(zhǎng)時(shí)間保持催化活性，非均相催化臭氧氧化(heterogeneous catalytic ozonation process，HCOP)具有比均相臭氧氧化更多的優(yōu)勢(shì)。

1.2 HCOP

HCOP通過(guò)向臭氧氧化體系引入非均相催化劑，一方面提高臭氧溶解度，另一方面促進(jìn)臭氧分解產(chǎn)生活性氧物質(zhì)(reactive oxygen species，ROS)進(jìn)而高效利用臭氧[23]。HCOP是固-液-氣三相的多相反應(yīng)，臭氧具有強(qiáng)Lewis堿的性質(zhì)，主要通過(guò)物理吸附吸附在催化劑表面活性位點(diǎn)，也可通過(guò)臭氧與催化劑表面的Lewis酸位點(diǎn)結(jié)合進(jìn)行化學(xué)吸附。非均相催化劑分為金屬型催化劑、復(fù)合型催化劑和非金屬型催化劑。高比表面積和多活性位點(diǎn)對(duì)于非均相催化劑至關(guān)重要，活性位點(diǎn)通常包括過(guò)渡金屬(Fe、Al、Mn、Cu、Co等)位點(diǎn)、氧空位(晶格缺陷)、Lewis酸位點(diǎn)、含氧基團(tuán)(表面羥基、羰基、酮基)等活性位點(diǎn)[24]?？股厥侨鯓O性分子，為了提高降解抗生素效果，一般為了強(qiáng)化催化劑吸附作用，還會(huì)具備疏水基團(tuán)。HCOP的優(yōu)點(diǎn)有：(1)固態(tài)催化劑可以回收利用，同時(shí)穩(wěn)定性更高；(2)在催化劑表面進(jìn)行持續(xù)反應(yīng)，無(wú)需連續(xù)供應(yīng)試劑；(3)適合大規(guī)模處理廢水；(4)沒(méi)有二次污染的產(chǎn)生；(5)能礦化大多數(shù)污染物。

2 催化劑類型

非均相催化劑的催化性能高度依賴于材料的理化性質(zhì)。在本節(jié)中，根據(jù)催化劑材料對(duì)用于催化臭氧氧化的各種納米催化劑進(jìn)行了分類和介紹。同時(shí)，對(duì)污染物的去除及其基本機(jī)制進(jìn)行了總結(jié)和討論。

2.1 金屬型催化劑

2.1.1 金屬型催化劑

綜上，與催化臭氧氧化相關(guān)的納米金屬催化劑研究相對(duì)較少?，F(xiàn)有的研究，如NZVI的臭氧研究，尚未對(duì)催化機(jī)理進(jìn)行深入研究。例如，與傳統(tǒng)的具有非納米尺寸的鐵和鐵氧化物的催化臭氧氧化相比，催化過(guò)程是否涉及·OH以外的其他ROS。因此，可能需要更詳細(xì)和進(jìn)一步的研究。

2.1.2 金屬氧化物催化劑

金屬氧化物催化劑中，最常用的金屬氧化物是多金屬/雙金屬氧化物、氧化鎂、氧化鐵、氧化鋁和氫氧化物[27]。Wang等[28]提出使用金屬氧化物催化臭氧氧化的機(jī)理，如式(1)～式(5)。例如，MgO、Mg(OH)2和Al2O3。

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MgO因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、環(huán)境友好性、低毒性和催化性能而被廣泛報(bào)道為催化臭氧氧化的催化劑。類似于Al2O3，在ZnO和MgO中通常只存在一種穩(wěn)定的價(jià)態(tài)，在催化臭氧氧化作用下具有相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。MgO催化臭氧機(jī)理一般為表面羥基催化臭氧分解產(chǎn)生·OH。Kermani等[29]研究了在去離子水中以MgO為催化劑的HCOP去除甲硝唑(MNZ)的效率，并與單臭氧化工藝(single ozonation process，SOP)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，與SOP相比，MgO加速了MNZ的去除。SOP和HCOP的最佳pH值為10時(shí)，HCOP的最佳MgO劑量確定為0.25 g/L。在最佳條件下，20 min和35 min后，HCOP和SOP分別完全去除40 mg/L MNZ溶液。HCOP顯著提高了生物需氧量/化學(xué)需氧量(從0.09升至0.43)，MNZ礦化率為93.5%，降低了MNZ的毒性。Zhu等[30]采用均質(zhì)沉淀法制備了MgO，并用于喹啉的降解。結(jié)果表明，MgO的存在顯著改善了喹啉的降解和礦化，MgO顯著增強(qiáng)臭氧分解成·OH。表面羥基是MgO的主要活性位點(diǎn)，因此，pH被廣泛報(bào)道為影響MgO催化能力的重要因素。Yin等[31]在常壓下不使用任何催化劑，在溫度為400 ℃下熱分解草酸鋅，成功合成了自組裝ZnO納米束，以2-乙氧基乙酸乙酯(2-EEA)為模型有機(jī)污染物。結(jié)果表明，臭氧化過(guò)程中ZnO納米束的存在，進(jìn)一步提高2-EEA 39.7%降解率和9.5%的TOC去除率。臭氧不是2-EEA直接氧化的主要氧化劑，催化臭氧氧化過(guò)程中產(chǎn)生的·OH加速對(duì)2-EEA的分解。Al2O3作為常見(jiàn)的催化劑載體也可以催化臭氧氧化，Sani等[32]研究了γ-Al2O3催化臭氧氧化環(huán)丙沙星在真實(shí)廢水的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，在pH值為5.25時(shí)，催化臭氧氧化過(guò)程的降解率較低；在pH值為9.5的條件下催化劑表現(xiàn)最高的降解率，催化臭氧氧化體系環(huán)丙沙星的去除率可達(dá)93%。

盡管MgO、ZnO和γ-Al2O3對(duì)不同污染物表現(xiàn)出優(yōu)異的催化能力，但這些催化劑仍存在一些問(wèn)題。首先，顆粒團(tuán)聚引起的催化效率下降嚴(yán)重。Zhu等[30]5次循環(huán)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)喹啉的降解從100%下降到93.45%，MgO催化劑平均大小從17.1 nm變?yōu)?6.9 nm。其次，金屬氧化物催化劑常見(jiàn)的分離方法是離心，僅在實(shí)驗(yàn)室研究中采用，不能應(yīng)用于實(shí)際的廢水處理。

除鋅和鎂的氧化物外，其他金屬氧化物，例如Fe3O4、Mn-Ce-O也廣泛用于催化臭氧氧化。不同于MgO和ZnO。Ma+/Mb+(a

除了顆粒團(tuán)聚、分離和回收外，過(guò)渡金屬氧化物催化劑的另一個(gè)問(wèn)題是金屬離子氧化而導(dǎo)致的催化能力下降[33]。此外，除非還原金屬離子，否則這種失活是不可逆的。同時(shí)，特別是對(duì)于納米大小的金屬氧化物的浸出，如氧化錳，也是不可避免的。

2.1.3 金屬礦物催化劑

尖晶石催化劑和鈣鈦礦催化劑是常見(jiàn)的金屬礦物催化劑。尖晶石具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，結(jié)構(gòu)通式為 AB2O4(A為二價(jià)陽(yáng)離子，B為三價(jià)陽(yáng)離子)。常見(jiàn)的尖晶石材料中，A通常為Zn(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)等過(guò)渡金屬離子，B以Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)、Ti(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)等離子為主[34]。尖晶石鐵氧體表面具有豐富的羥基基團(tuán)，同時(shí)相比其他金屬氧化物催化劑具有更多的晶格缺陷和活性位點(diǎn)，有利于臭氧的吸附和催化。在眾多金屬離子中，鐵離子與A位二價(jià)金屬離子能形成較強(qiáng)的金屬價(jià)鍵,提高了其結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定性，能夠有效減少二價(jià)金屬元素的溶出。此外，鐵元素本身還具有磁性，方便催化劑的回收[35]。因此，以過(guò)渡金屬離子為A位的尖晶石鐵氧體(AFe2O4)成為非均相催化領(lǐng)域內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注的一種催化劑材料。

雖然尖晶石催化劑和鈣鈦礦催化劑具有非常好的催化活性，但仍存在不容忽視的問(wèn)題。例如，合成相對(duì)復(fù)雜、離子的溶出、陽(yáng)離子組分在臭氧化過(guò)程中被氧化，導(dǎo)致催化效率降低，這都限制了尖晶石催化劑和鈣鈦礦催化劑在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展。

2.2 非金屬型催化劑

金屬基納米催化劑通常遭受金屬浸出，這通常會(huì)導(dǎo)致二次金屬離子污染和催化劑失活。因此，使用無(wú)金屬納米催化劑、碳納米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)和還原氧化石墨烯(RGO)，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。

雖然RGO和CNT都表現(xiàn)出優(yōu)異的催化效率，但它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中也面臨著同樣嚴(yán)重的問(wèn)題，除了分離和回收之外，化學(xué)穩(wěn)定性和耐臭氧性并不是很穩(wěn)定。隨著臭氧化過(guò)程中活性位點(diǎn)的氧化失活，催化能力的降低以及催化臭氧氧化的降低是不可避免的。然而，大多數(shù)研究對(duì)碳納米催化劑的可回收性和穩(wěn)定性研究不多，一般僅僅是研究5次循環(huán)后催化劑的穩(wěn)定性，而且再生催化劑的相關(guān)研究報(bào)道不多。雖然近期對(duì)污染物降解機(jī)理和新型高效納米碳催化劑進(jìn)行了很好的研究，但除非成功解決臭氧化作用下碳納米催化劑的穩(wěn)定性和耐久性，否則碳納米催化劑始終難以應(yīng)用于實(shí)際的水處理。

2.3 復(fù)合型催化劑

不同的納米材料通常具有不同的催化機(jī)理和優(yōu)點(diǎn)。最近，研究人員通過(guò)復(fù)合不同的納米材料來(lái)合成納米復(fù)合材料，以探索更有效的催化劑。

RGO和CNT由于其導(dǎo)電性和碳原子sp2軌道π鍵供電子特性，經(jīng)常被用作金屬/金屬氧化物的支撐材料[44]。例如，Jothinathan等[45]使用GO/Fe3O4催化臭氧氧化布洛芬。結(jié)果表明，表面修飾的GO/Fe3O4和GO/TiO2/ Fe3O4增強(qiáng)了臭氧的分解和·OH的產(chǎn)生，降解效果幾乎等同于傳統(tǒng)的臭氧/H2O2過(guò)程。由于與GO的緊密鍵合，電子傳輸?shù)乃俣瓤梢詮母叩碾妼?dǎo)率中大大加快。

除此之外，引入多金屬化合物也可以提高電子轉(zhuǎn)移效率，整合不同金屬氧化物的物理和化學(xué)性質(zhì)。Chen等[46]研究制備了Fe3O4/Co3O4復(fù)合材料，并將其應(yīng)用于SMX的催化臭氧氧化反應(yīng)。結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4/Co3O4復(fù)合材料通過(guò)催化臭氧氧化體系顯著改善了SMX的礦化作用，并觀察到Fe3O4與Co3O4的協(xié)同效應(yīng)。在20 mg/L SMX、6.0 mg/min 臭氧、pH值為5.1和室溫條件下，臭氧氧化只能去除約16%的總有機(jī)碳(TOC)，而在相同條件下，在0.10 g/L Fe3O4/Co3O4復(fù)合材料存在下，通過(guò)催化臭氧氧化工藝獲得60%的TOC去除率。此外，隨著Fe3O4/Co3O4的增加，也增強(qiáng)了臭氧的分解和·OH的產(chǎn)生。

為了合成高效且易于分離的磁性納米催化劑，將磁性材料與其他非磁性材料相結(jié)合也受到研究人員的重視。例如，Kermani等[47]合成了Fe3O4/SiO2/TiO2磁性核殼納米催化劑，并將其應(yīng)用于鄰二苯酚的催化臭氧氧化，發(fā)現(xiàn)催化過(guò)程參與了·OH的產(chǎn)生，并且由于磁芯Fe3O4催化劑在暴露于磁場(chǎng)下很容易分離。催化臭氧化非均相催化劑具體內(nèi)容如表1所示。

表1 催化臭氧化非均相催化劑Tab.1 Heterogeneous Catalysts for Catalytic Ozonation

3 影響因素

3.1 催化劑性能

催化劑可以為水、臭氧和有機(jī)化合物之間的催化或吸附反應(yīng)提供活性位點(diǎn)。隨著催化劑投加量的增加，給臭氧氧化體系提供更多活性位和表面積，同時(shí)，獲得更高的催化臭氧氧化表觀反應(yīng)速率常數(shù)，進(jìn)而產(chǎn)生更多·OH。隨著催化劑投加量的增加，自由基產(chǎn)生量也隨之增加，但是自由基濃度過(guò)高會(huì)被相互淬滅，進(jìn)而影響催化效果[23,58]。催化劑的表面性質(zhì)通常包括物理和化學(xué)性質(zhì)。對(duì)于物理性能，通常提到比表面積、孔隙體積、孔徑分布和機(jī)械強(qiáng)度?；瘜W(xué)性質(zhì)在催化機(jī)理的研究中發(fā)揮著更為重要的作用，復(fù)合型催化劑的活性位數(shù)量種類、總表面積、電子轉(zhuǎn)移能力影響臭氧催化效果，可通過(guò)負(fù)載、摻雜、改性等手段對(duì)催化劑進(jìn)行改性。為了提高催化劑的催化效率，復(fù)合型催化劑越來(lái)越受到關(guān)注。

3.2 臭氧投加量

作為一種強(qiáng)氧化劑，臭氧的用量是一個(gè)關(guān)鍵因素。臭氧可以在幾秒內(nèi)自分解，最長(zhǎng)可達(dá)幾分鐘[59]。臭氧濃度對(duì)抗生素的降解有重要影響，隨著臭氧濃度的增加，臭氧的傳質(zhì)速率和體積傳質(zhì)系數(shù)也隨之增加。更多的臭氧可以被吸附并與抗生素分子反應(yīng)，最終改善抗生素的降解[59]。在討論臭氧劑量時(shí),首先，廢水的催化臭氧氧化是一種多相反應(yīng)，涉及氣體、液體和固體表面。因此，應(yīng)同時(shí)考慮臭氧的進(jìn)料濃度和氣體流量。其次，雖然臭氧被用作氧化劑，但過(guò)量的臭氧不利于污染物的降解，機(jī)理如式(6)～式(7)。臭氧利用率高可以降低催化臭氧氧化的成本，應(yīng)提高臭氧利用率也是研究的熱點(diǎn)之一。此外，臭氧的用量由流量和氣體濃度決定。

2·OH+O3→2O2+H2O

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3.3 污染物的初始濃度和溫度

污染物的初始濃度也會(huì)影響臭氧化過(guò)程。隨著初始濃度的增加，更多催化劑的活性位點(diǎn)也會(huì)被污染物占據(jù)，不利于·OH的產(chǎn)生[60]。此外，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，污染物會(huì)被礦化為小分子有機(jī)酸，并且將在催化臭氧氧化過(guò)程中積聚，同樣會(huì)抑制反應(yīng)的進(jìn)行[61]。

對(duì)于大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)溫度是一個(gè)重要因素。催化臭氧氧化也不例外。然而，在催化臭氧氧化過(guò)程中，提高反應(yīng)溫度有兩種相反的效果。一方面，較高的反應(yīng)溫度會(huì)提高氧化劑和污染物之間的反應(yīng)速率。另一方面，臭氧在水中的溶解度隨溫度而降低，液相中的臭氧將逸散到氣相中降低降解效果。在大多數(shù)報(bào)道的參考文獻(xiàn)中，25 ℃被認(rèn)為是最佳反應(yīng)溫度。

3.4 pH

3.5 水中離子和天然有機(jī)物

4 結(jié)語(yǔ)與展望

為了進(jìn)一步增加HCOP過(guò)程在工業(yè)廢水中的實(shí)用性，需要研究出對(duì)環(huán)境更為友好，同時(shí)催化活性和穩(wěn)定性優(yōu)良的催化劑。因此，眾多研究者正在努力設(shè)計(jì)合適和有效的催化劑，以降解抗生素廢水。為了推進(jìn)催化臭氧化的應(yīng)用，需要考慮以下方面。

(1)臭氧的利用效率

在處理工業(yè)和生活廢水中，如何提高臭氧的利用效率以降低運(yùn)行成本一直是研究熱點(diǎn)。催化臭氧化一定程度上改善了臭氧的利用效率。然而，HCOP在某種程度上仍然存在臭氧利用率低的問(wèn)題[69]。因此，除了不斷開(kāi)發(fā)性能更優(yōu)異的催化劑外，臭氧催化反應(yīng)器也值得不斷改進(jìn)。

(2)催化劑的性能

為了提高催化劑的性能，往往通過(guò)多種合成方法增加活性位點(diǎn)。復(fù)雜的合成方法固然提高了催化劑性能，但是這些合成方法對(duì)反應(yīng)條件要求嚴(yán)苛，大大提高了催化劑的制備成本，限制了在實(shí)際廢水中的使用[28]。此外，一些高性能催化材料的可重復(fù)使用性和穩(wěn)定性也存在問(wèn)題。這促使未來(lái)需要研究更便宜、更穩(wěn)定和可重復(fù)使用的催化材料，以取代目前可用的催化材料。此外，評(píng)估催化材料性能、可重用性和效率的評(píng)價(jià)方法也需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

(3)pH

溶液pH是影響處理效果的重要因素，但在大多數(shù)報(bào)道的研究中，pH沒(méi)有得到監(jiān)測(cè)和控制。特別是在添加催化劑(主要是金屬離子)后，溶液的pH會(huì)發(fā)生變化。在處理實(shí)際廢水樣品中，應(yīng)盡量使反應(yīng)后pH符合出水要求。因此，未來(lái)的研究應(yīng)了解pH對(duì)臭氧化過(guò)程的影響，并探尋各種催化劑和污染物的最佳pH。

(4)ROS和催化劑活性中心

在催化臭氧化過(guò)程中，·OH一般認(rèn)為是主要ROS。但是對(duì)其他活性物種研究不多，可能存在比·OH降解效果更好的ROS。因此，探究催化臭氧化體系中其他ROS也非常重要。一些研究表明，Lewis酸是形成游離臭氧和自由基的活性位點(diǎn)，而另一些研究表明，Lewis堿性位點(diǎn)在催化臭氧化過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用[70-72]。當(dāng)碳材料用作催化劑時(shí)，這些差異尤其明顯[72]。因此，需要加強(qiáng)有關(guān)催化劑的活性中心的研究。

本綜述探討了催化臭氧氧化的分類、催化劑類型、影響因素。最近的研究方向是利用改性材料形式的催化劑，例如活性炭材料、金屬和金屬氧化物上的載體、前體以及上述任何一種的任意組合，以測(cè)試它們?cè)诮到夂偷V化藥物污染物方面的效率。為了使用催化臭氧氧化去除多種污染物，必須分別研究每種污染物，考慮諸如藥物污染物的類型、要使用催化劑的表面性能、表面活性位點(diǎn)性能、溶液的pH和水溶液中臭氧分解的反應(yīng)等因素。

根據(jù)上述研究，盡管越來(lái)越多的研究人員關(guān)注新型納米催化劑的探索，并開(kāi)發(fā)出大量高效的納米催化劑，但這些納米催化劑大多仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，納米催化劑的缺點(diǎn)仍不能忽視。今后的研究應(yīng)注重顆粒團(tuán)聚引起的催化活性損失和納米材料泄漏的分離困難及潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。納米催化劑的上述問(wèn)題限制了它們?cè)趶U水處理中的實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有研究的分析認(rèn)為納米催化劑與膜、負(fù)載納米催化劑和磁性納米催化劑相結(jié)合，是解決上述問(wèn)題并促進(jìn)納米催化劑應(yīng)用的最有潛力的策略[18]。此外，隨著不同催化劑的開(kāi)發(fā)，還應(yīng)關(guān)注經(jīng)濟(jì)成本。