2025年亞硫酸氫鈉行業趨勢分析：亞硫酸氫鈉在環保領域進一步發展

  中國報告大廳網訊，在2025年，亞硫酸氫鈉行業展現出諸多發展趨勢。從市場規模看，預計中國亞硫酸氫鈉市場規模將達195億元，同比增長5.4% ，全球市場規模預計達到120億美元，同比增長7%。行業正經歷從傳統化工品向高端功能材料的轉型，在環保政策趨嚴、新能源產業擴張等因素推動下，產業鏈朝著高端化、綠色化方向發展。

  一、引言

  在各類水環境中，抗生素殘留問題日益凸顯。以甲硝唑(MTZ，2 - 甲基 - 5 - 硝基咪唑 - 1 - 乙醇)為例，它作為常用抗生素，用於治療厭氧菌和原生動物感染，也用於魚類及家禽飼料驅蟲。目前，地表水和廢水中 MTZ 殘留質量濃度在 1 - 10 mg/L。MTZ 具有毒性、潛在致突變性和致癌性，亟需有效處理策略。電化學氧化法可通過電能激發強氧化物質降解有機污染物，而亞硫酸氫鈉作為亞硫酸鹽(S (Ⅳ))的一種，是硫酸根自由基(SO4−)的前驅體，能被電化學活化產生多種強氧化性活性物質用於降解水中抗生素。本研究聚焦於電化學活化亞硫酸氫鈉法(Electro/S (Ⅳ))降解 MTZ，對其降解效果、體系活性物種及 MTZ 降解路徑展開探究。

  二、亞硫酸氫鈉在實驗中的應用基礎

  2.1 實驗材料準備

  實驗選用的化學藥品均為分析純級，購自相關試劑公司。其中，亞硫酸氫鈉作為關鍵試劑，在後續的實驗體系構建中發揮重要作用。其化學性質活潑，為後續的反應提供了必要的物質基礎。

  2.2 實驗操作流程

  《2025-2030年中國亞硫酸氫鈉行業市場分析及發展前景預測報告》指出，將 10 mL 的 MTZ(10 mg/L)儲備液置於燒杯，加入 20 mmol 的Na2SO4作為電解質，再添加 8.0 mmol 的亞硫酸氫鈉，並調節溶液初始 pH 值。隨後，將兩電極垂直放入燒杯，調節電流至 10 mA 後立即計時。在反應過程中，按一定時間間隔取 2 mL 待測樣，加入 2 mL 甲醇(MeOH)進行淬滅反應，並用 0.45 μm 微孔濾膜過濾，通過測吸光度來計算 MTZ 濃度和去除率。這一操作流程中，亞硫酸氫鈉的添加量及反應條件的控制，對於整個體系的反應進程和結果有著關鍵影響。

  三、亞硫酸氫鈉參與下的 Electro/S (Ⅳ) 體系降解 MTZ 效果

  3.1 協同降解顯著

  當體系初始 pH 值為 5.0 時，Electro/S (Ⅳ) 體系在 20 min 內對 MTZ 的去除率高達 87.27%。與之對比，單獨的 Electro 體系去除率僅為 37.44%，單獨的 S (Ⅳ) 體系去除率更低，只有 3.15%。降解過程遵循偽一級動力學，Electro/S (Ⅳ) 體系的表觀速率常數(kobs)為0.0987 min−1，分別是 Electro 體系(0.0233min−1)的 4.24 倍和 S (IV) 體系(0.0015min−1)的 65.80 倍。通過協同因子(f)計算公式f=kElectro+kS(Ⅳ)kElectro/S(Ⅳ)，得出該體系f值為 3.98(大於 1.0)，這充分表明 Electro/S (Ⅳ) 體系具有顯著協同效應，並非兩種工藝簡單相加，而是相互作用產生活性物質共同降解 MTZ，其中亞硫酸氫鈉的存在對協同效應的產生至關重要。

  3.2 活性物質確定

  Fenton 反應主要活性物質有・OH、SO4−、1O2和O2−。為探究這些自由基在 Electro/S (Ⅳ) 體系中的作用，分別加入叔丁醇(TBA)、MeOH、L−組氨酸(L−His)和對苯醌(p - BQ)進行實驗。TBA 與・OH 反應速率常數為3.8×108 mol−1⋅s−1，遠高於與SO4−的反應速率常數(4.0×105 mol−1⋅s−1)，因此可用於捕獲・OH 且不明顯抑制SO4−對 MTZ 的降解。MeOH 與・OH 反應速率常數為9.7×108 mol−1⋅s−1，與SO4−反應速率常數為2.5×107 mol−1⋅s−1，能同時捕獲・OH 和SO4−。實驗發現，添加 2 mol/L 的 TBA 和 MeOH 時，對 MTZ 的抑制作用相近，說明體系中主要活性物質為・OH，SO4−並非主要活性物種。但 MeOH 加入未完全抑制 MTZ 降解，表明還有其他活性物種參與。L−His可捕獲1O2(反應速率常數為3.2×108 mol−1⋅s−1)，p - BQ 可捕獲O2−(反應速率常數為9.6×108 mol−1⋅s−1)，加入二者後 MTZ 降解均受到部分抑制，說明1O2和O2−在體系中也起到一定作用。綜上，Electro/S (Ⅳ) 體系中存在・OH、SO4−、1O2和O2−，・OH 起主導作用，而亞硫酸氫鈉的電化學活化是產生這些活性物質的重要源頭。

  四、亞硫酸氫鈉參與下 MTZ 降解路徑探究

  為明晰 Electro/S (Ⅳ) 體系中 MTZ 的降解路徑，藉助高效液相色譜 - 質譜聯用技術(HPLC - MS)鑑定 MTZ 反應副產物。結果顯示，MTZ 去除主要有兩條路徑：一是經硝基羥基化反應生成中間產物化合物 3 - (2 - 羥乙基) - 2 - 甲基 - 3H - 咪唑 - 4 - 醇(P1)，活性物質攻擊 P1 側鏈 N - 乙醇基團生成中間產物 (2 甲基 - 5 - 羥基咪唑 - 1 - 基) 乙酸(P2)，・OH 等活性氧物種進一步攻擊 P2 側鏈 N - 乙酸基團產生化合物 2 - 甲基 - 3H - 咪唑 - 4 醇(P5);二是・OH 等活性物質攻擊 MTZ 的 N - 乙醇基團形成中間產物化合物 (2 甲基 - 5 - 硝基咪唑 - 1 - 基) 乙酸(P3)，・OH 等活性氧物種進一步攻擊 P3 側鏈 N - 乙酸基團產生化合物 2 - 甲基 - 5 - 硝基 - 1H - 咪唑(P4)，P4 經反硝化得到中間產物化合物 P5，體系中的活性物質最終將這些中間產物氧化為CO2、H2O和NO3−。在整個降解路徑中，亞硫酸氫鈉活化產生的活性物質貫穿始終，推動了 MTZ 的逐步降解。

  五、總結

  本研究圍繞電化學活化亞硫酸氫鈉體系降解甲硝唑展開。在2025年亞硫酸氫鈉行業呈現特定發展趨勢的大背景下，實驗發現當電流為10 mA、亞硫酸氫鈉添加量為 8.0 mmol、初始 pH 值為 5.0、Na2SO4添加量為 20 mmol、MTZ 質量濃度為 10 mg/L 時，Electro/S (Ⅳ) 體系對 MTZ 的降解效果最佳，20 min 內去除率達 87.27%。自由基掩蔽實驗證實該體系中存在・OH、SO4−、1O2和O2−，其中・OH 是主要活性物質。同時，明確了 MTZ 在該體系中的降解路徑。這一研究成果為處理水體中抗生素類污染物提供了有效策略，也為亞硫酸氫鈉在環保領域的進一步應用提供了理論支撐，隨著行業發展，有望基於此開展更多深入研究與實際應用拓展。

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