活性炭吸附和異質光催化

　　本研究的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)評估在(zai)(zai)生物(wu)(wu)預(yu)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)灰(hui)水(shui)和(he)極(ji)性(xing)脂(zhi)(zhi)肪族化(hua)(hua)合物(wu)(wu)極(ji)性(xing)脂(zhi)(zhi)肪族化(hua)(hua)合物(wu)(wu)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)中(zhong)(zhong)添(tian)(tian)加活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)是(shi)(shi)否具(ju)有(you)協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，如以(yi)前用(yong)(yong)苯酚證明(ming)的(de)(de)(de)(de)那樣。使用(yong)(yong)UV燈和(he)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)TiO 2.用(yong)(yong)五倍濃(nong)(nong)縮的(de)(de)(de)(de)生物(wu)(wu)預(yu)處(chu)理(li)灰(hui)水(shui)和(he)四乙二(er)醇二(er)甲醚(mi)水(shui)溶液記錄光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)動力學P25存在(zai)(zai)和(he)無活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)因子SF光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)率常數(shu)與無活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)在(zai)(zai)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)存在(zai)(zai)下的(de)(de)(de)(de)速率常數(shu)之(zhi)比。灰(hui)水(shui)濃(nong)(nong)縮物(wu)(wu)沒(mei)有(you)觀察(cha)到協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(SF≈1)。對于脂(zhi)(zhi)肪族化(hua)(hua)合物(wu)(wu)，四乙二(er)醇二(er)甲醚(mi)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)加實際上是(shi)(shi)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(SF (一(yi))具(ju)有(you)抑制作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，在(zai)(zai)苯酚水(shui)溶液的(de)(de)(de)(de)參考(kao)實驗中(zhong)(zhong)確認(ren)了協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。通過(guo)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)對其有(you)機成分的(de)(de)(de)(de)低(di)吸附，可以(yi)解釋灰(hui)水(shui)濃(nong)(nong)縮物(wu)(wu)沒(mei)有(you)協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。四乙二(er)醇二(er)甲醚(mi)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)是(shi)(shi)由于活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)顆粒對光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)屏蔽(bi)。假設混(hun)合過(guo)程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)僅(jin)限(xian)于芳香族有(you)機物(wu)(wu)。粉狀(zhuang)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)加有(you)利于有(you)機物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)附加吸附和(he)去(qu)除，光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)導(dao)致(zhi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)存在(zai)(zai)時有(you)機濃(nong)(nong)度(du)降低(di)60%紫(zi)外線照射時間。

　　灰水比城市污水更好地再利用，因(yin)(yin)為它與(yu)衛(wei)生用水和工業(ye)廢水分離，因(yin)(yin)為它含有低(di)濃度的營(ying)養物質、病原(yuan)體和危險的工業(ye)化(hua)學品。經過(guo)(guo)生物處理，即使在(zai)低(di)技術過(guo)(guo)程中(zhong)，如(ru)間(jian)歇供應地下垂直流建造(zao)的濕地，也會產(chan)生總有機(ji)碳(TOC)濃度在(zai)5-15 mg L -1范圍內的流出(chu)物。此外，必須去除生物處理灰水中(zhong)發現(xian)的有機(ji)微污染物。實現(xian)這些(xie)目(mu)標(biao)的可持續方法是(shi)太陽能異質光催(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)(PCO)懸浮在(zai)廢水中(zhong)的半導體顆粒(li)的先進氧(yang)化(hua)過(guo)(guo)程。

　　因(yin)此，有必(bi)要制定(ding)太陽能PCO策略更有效。很(hen)有前途的(de)(de)技術是PCO結(jie)合(he)活(huo)性(xing)炭(tan)吸附。含苯(ben)酚模(mo)型廢水(shui)已經顯示出這種(zhong)特定(ding)活(huo)性(xing)炭(tan)類型的(de)(de)存(cun)在(zai)，導(dao)致了改善(shan)PCO常(chang)數為4-氯(lv)(lv)苯(ben)酚、咖啡酸、2、4-二氯(lv)(lv)苯(ben)氧(yang)乙酸、氯(lv)(lv)丁酸。在(zai)PCO 活(huo)性(xing)炭(tan)組合(he)過程中觀察(cha)到的(de)(de)協同作用通常(chang)基(ji)于協同因(yin)子(SF)，存(cun)在(zai)下的(de)(de)PCO速率(lv)常(chang)數(k PCO_活(huo)性(xing)炭(tan)和活(huo)性(xing)炭(tan)不存(cun)在(zai)(k PCO)的(de)(de)比(bi)例：SF=k PCO_活(huo)性(xing)炭(tan)/k PCO。

　　協同(tong)作用的(de)(de)一個原因是有機(ji)分子從吸附劑(ji)到直(zhi)接(jie)附著在活(huo)(huo)性(xing)炭上的(de)(de)光催(cui)化劑(ji)顆(ke)粒的(de)(de)短(duan)擴(kuo)散途徑。因此(ci)，已經發現(xian)了PCO /活(huo)(huo)性(xing)炭混(hun)合工(gong)藝SF與活(huo)(huo)性(xing)炭和(he)光催(cui)化劑(ji)顆(ke)粒之(zhi)間(jian)的(de)(de)界(jie)(jie)面積(ji)有關。TiO 增(zeng)加了與活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)界(jie)(jie)面接(jie)觸(chu)和(he)協同(tong)作用。但當接(jie)觸(chu)面積(ji)超過光催(cui)化劑(ji)總表面的(de)(de)50%時，協同(tong)效應降低。

　　此(ci)(ci)外，活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)微晶表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)特定(ding)官能團(如羧甲(jia)酸或環醚基)被假位于TiO 2表面(mian)(mian)上的(de)(de)(de)(de)Ti中(zhong)心]協調(diao)相互作用，特別是(shi)以(yi)銳(rui)鈦礦的(de)(de)(de)(de)形式，主要(yao)是(shi)TiO 2修改(gai)P25。銳(rui)鈦礦表現出比金紅石更高的(de)(de)(de)(de)氧原子空位(即氧配體缺陷)。的(de)(de)(de)(de)Ti電(dian)子光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)和(he)吸附劑(ji)(ji)(ji)由含氧活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)官能表面(mian)(mian)基團中(zhong)心協調(diao)。假設光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)移動電(dian)子可(ke)以(yi)這樣轉(zhuan)移到相鄰(lin)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)表面(mian)(mian)。因(yin)此(ci)(ci)，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)內的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)誘導(dao)電(dian)子和(he)空穴的(de)(de)(de)(de)重組減少，導(dao)致孔的(de)(de)(de)(de)壽命延(yan)長，并且(qie)它們(men)到達光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)可(ke)能性更高，從而更有效地氧化(hua)在光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)附近的(de)(de)(de)(de)有機物光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)。光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)/活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)界面(mian)(mian)面(mian)(mian)積和(he)兩種固(gu)體之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)電(dian)荷(電(dian)子或空穴)轉(zhuan)移受到活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)表面(mian)(mian)化(hua)學(因(yin)此(ci)(ci)源材料和(he)活(huo)(huo)化(hua)過程(cheng))的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。因(yin)此(ci)(ci)，只有特定(ding)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)PCO /在活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)組合過程(cheng)中(zhong)引起協同效應。

　　在PCO在實驗中，活(huo)性(xing)炭微(wei)晶中的石墨(mo)烯(xi)(xi)層結(jie)構(gou)(gou)也影(ying)響光(guang)(guang)催化TiO 2 /活(huo)性(xing)炭系(xi)統協同作(zuo)用(yong)程(cheng)度(du)。活(huo)性(xing)炭的電導率越(yue)高，石墨(mo)烯(xi)(xi)層紊亂越(yue)低(di)(即與(yu)純石墨(mo)結(jie)構(gou)(gou)越(yue)近)。當活(huo)性(xing)炭中石墨(mo)微(wei)晶的電子(zi)半導體(ti)性(xing)足夠(gou)時，活(huo)性(xing)炭可以從接(jie)觸光(guang)(guang)中轉移TiO 注入的電荷載(zai)流子(zi)粒子(zi)。添加特定的活(huo)性(xing)炭類型PCO這支(zhi)持了光(guang)(guang)觸媒內空穴(xue)電子(zi)重組抑制的上述(shu)效(xiao)果。一般來說，活(huo)性(xing)炭的特性(xing)是PCO與(yu)活(huo)性(xing)炭吸附的協同作(zuo)用(yong)非(fei)常復雜。

　　添(tian)加(jia)(jia)(jia)特(te)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)會導(dao)致TiO 2基酚PCO速(su)率常數(shu)增加(jia)(jia)(jia)。因此，盡管使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)類(lei)型的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)類(lei)型UV燈與其它稍有(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)條(tiao)件，但文獻中描述的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)可(ke)以(yi)再現。苯酚中有(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)PCO中沒有(you)產生(sheng)任何協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)，證實(shi)(shi)僅(jin)具有(you)特(te)定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)質的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)能夠提(ti)高PCO速(su)率常數(shu)。脂肪(fang)族化合(he)(he)物通(tong)過(guo)添(tian)加(jia)(jia)(jia)特(te)殊活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和脂肪(fang)族化合(he)(he)物PCO由活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆(ke)粒(li)引(yin)起的(de)(de)(de)光催化劑明顯遮擋甚至被抑制。當檢測到協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)時(shi)，可(ke)能補(bu)償了(le)抑制性(xing)(xing)陰影效(xiao)應(ying)。假(jia)設與特(te)定(ding)(ding)(ding)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)添(tian)加(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)僅(jin)發(fa)生(sheng)在(zai)芳族化合(he)(he)物中PCO中。他們的(de)(de)(de)π- π與活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆(ke)粒(li)中的(de)(de)(de)石墨烯層或特(te)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)官能表面基團相互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)，可(ke)假(jia)定(ding)(ding)(ding)為(wei)協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)先(xian)決(jue)條(tiao)件。

　　五重濃縮生(sheng)物(wu)(wu)預處理(li)灰水(shui)PCO不(bu)受(shou)特定(ding)活性炭添加(jia)的(de)(de)抑制或增強(qiang)。由于高比例的(de)(de)灰水(shui)有(you)機物(wu)(wu)不(bu)能吸附(fu)在活性炭上，因此可以防止廢水(shui)中有(you)害物(wu)(wu)質（包括(kuo)芳香族(zu)結構）的(de)(de)協同(tong)作用。然而(er)(er)，將活性炭添加(jia)到生(sheng)物(wu)(wu)預處理(li)灰水(shui)中PCO由于有(you)機物(wu)(wu)的(de)(de)吸附(fu)，因為有(you)機物(wu)(wu)的(de)(de)吸附(fu)和去除(chu)增加(jia)了光(guang)催化礦化的(de)(de)去除(chu)。結果強(qiang)調，實際廢水(shui)研究的(de)(de)協同(tong)作用是(shi)重要(yao)的(de)(de)，而(er)(er)不(bu)是(shi)苯(ben)酚(fen)等(deng)模型有(you)機物(wu)(wu)的(de)(de)純水(shui)溶(rong)液。