双氧水（H₂O₂）是高级氧化技术中广泛使用的化学品，可以通过光催化原位合成，从而在水处理工艺中避免添加化学药剂，有望构建可自维护的分散式水处理系统。

然而，在连续操作过程中，光催化合成的 H₂O₂ 往往需要使用牺牲剂，并且粉末催化剂难以分离，因此光催化合成 H₂O₂ 并耦合其原位活化用于水净化仍然存在挑战。

近日，上海交通大学环境科学与工程学院龙明策团队通过在磁性微球表面原位合成酚醛聚合物光催化剂，并耦合紫外技术活化合成的双氧水（UVC/ H₂O₂）以去除水中微污染物。

该光催化剂可以利用可见光将水和空气转化为 H₂O₂，产量可达 100 mmol h^-1 g⁻¹。由于磁核  Fe₃O₄@SiO₂ 的作用，在外部磁场作用下能快捷分离催化剂和 H₂O₂ 溶液，分离后的  H₂O₂  溶液可通过紫外光活化用于微污染物降解。

这项工作为 H₂O₂ 合成提供了一种新的设计方案，并为零药剂添加和自维护的水净化工艺提供了技术参考。该文题为“Sequencing batch photocatalytic H₂O₂ production over a magnetic resorcinol–formaldehyde polymer for on-site water purification by UV light irradiation”（《 磁性聚合物光催化合成过氧化氢与紫外光活化联用去除水中微污染物》），发表在期刊 Environmental Science Advances 上。

2. 光催化合成 H₂O₂

图 2A 展示了不同催化剂在纯水体系中光催化合成 H₂O₂ 的性能。其中，Fe₃O₄@SiO₂ 微球和 Fe₃O₄ 纳米颗粒产生的 H₂O₂ 可以忽略不计。而 MRF 作为光催化剂时，H₂O₂ 浓度随时间延长呈线性增长，在持续曝气条件下（溶解氧浓度约为 10 mg/L），H₂O₂ 生成速率达到 100 μM/h。当体系持续通入 O₂，悬浮液中的溶解氧浓度增加到约 40 mg/L 时，相应的 H₂O₂ 产量在光照 60 分钟后可增加至 150 μM。然而体系通入 N₂ 后，体系中 H₂O₂ 可以忽略不计，表明光催化氧还原是 MRF 合成 H₂O₂ 的主要途径。在空气曝气条件下，MRF 经光照 12 小时后，体系可以产生 1200 μM 的 H₂O₂ 溶液（图 2B）。

Fig. 2  (A) Photocatalytic H₂O₂ production over different catalysts; (B) Photocatalytic H₂O₂ production over MRF under prolonged irradiation (catalysts: 1 g/L, pure water, pH=7.5, λ > 420 nm, O2/air/N2: 0.5 L/min)

▲	图 2：（A）不同催化剂光催化合成 H2O2 性能和（B）长时间光照下MRF的 H2O2 产量(催化剂：1 g/L，纯水，pH=7.5，λ>420 nm，O2/Air/N2：0.5 L/min)。

3. H₂O₂的原位利用

MRF 具备高产 H₂O₂ 和易分离特性，在此基础上提出了一种利用该材料实现现场生产和直接利用 H₂O₂ 进行污水净化的工艺。该工艺步骤如图 3A 所示，

（Ⅰ）将 MRF分散于纯水，空气曝气 20 min；

（Ⅱ）在可见光作用下，MRF 内部生成光生电子-空穴对，转移至表面分别发生氧还原和水氧化反应，每小时可产生 100 μM H₂O₂；

（Ⅲ）MRF颗粒在外加磁场下迅速聚集，从 H₂O₂ 溶液中分离；在撤去磁场的情况下，MRF 能够重新分散在纯水中进行下一轮合成 H₂O₂ 的循环。

分离后的 H₂O₂ 溶液和微污染物水混合，再通过 UVC（λ=254 nm）活化 H₂O₂ 降解微量有机污染物（图 3B）。

Fig. 3  Schematic illustration of sequencing batch photocatalytic H₂O₂ production over MRF (A) and UVC/H₂O₂ flow-through processes (B) for organic micropollutant degradation.

▲	图 3：（A）MRF用于序批式光催化合成H2O2和（B）UVC/H2O2降解水中微污染物的工艺原理图