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光催化材料去除水中病毒的研究進展

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2019年席卷全球的新型冠狀病毒引發的病毒性肺炎已被認定為一種大流行病,目前疫情依然在全世界范圍蔓延,絲毫沒有好轉的跡象。病毒對人類的健康安全構成嚴重威脅,水中病原微生物引起的傳染病事件也屢見不鮮。根據世界衛生組織(WHO)統計,全球近20億人口正在飲用受糞便污染的水源,面臨著感染霍亂、痢疾、傷寒、脊髓灰質炎等水傳播疾病的風險。病毒較細菌體積更小,感染的劑量低傳染性卻很強,在水環境中難以檢測及去除。國內外專家針對水中致病菌的研究較多,而病毒的結構、抗性以及失活機制與細菌有很大不同,近年來對病毒的研究也越來越受到相關人員的重視。WHO將腸道病毒、甲肝病毒、戊肝病毒、輪狀病毒、諾如病毒等界定為飲用水中健康風險高的病毒,腺病毒和星狀病毒的健康風險為適中。噬菌體是一類專以細菌為宿主的病毒,由于其結構、抗性與人類致病病毒類似,易于實驗操作且對人類無致病性,故被廣泛應用于水中病毒指示物,其中噬菌體MS2是最受歡迎的替代物。

美國環保局(USEPA)飲用水水質標準中對病毒指標進行了嚴格的限定,要求病毒的滅活率不低于4log(即99.99%)。我國現行《生活飲用水衛生標準(GB5749—2006)》對病毒的最高允許濃度沒有明確限定,而是通過濁度等指標確保飲用水水質的安全。然而,常規水處理消毒工藝(氯化、臭氧、紫外線消毒等)完全去除病毒是非常困難的。

光催化法作為綠色高效的消毒技術,克服了傳統消毒方法的局限性,逐漸被應用于水中病原體的去除,越來越多研究人員致力于開發更加高效且低成本的光催化材料。如前所述,水中病毒和細菌的去除不能一概而論,故本文綜述了近年來國內外學者對于光催化材料應用于去除水中病毒的研究進展,介紹了光催化技術的原理及優勢,并指出未來光催化材料的發展趨勢,為未來光催化消毒技術的發展提供借鑒。
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