活性炭吸附和異質光催化

　　本研究的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)是評(ping)估(gu)在生物(wu)(wu)預(yu)處理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)灰水(shui)和(he)極性(xing)脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)極性(xing)脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)中(zhong)(zhong)添加(jia)活性(xing)炭(tan)(tan)是否具有(you)協同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，如以(yi)前用(yong)(yong)苯(ben)酚證明的(de)(de)(de)(de)(de)那樣。使用(yong)(yong)UV燈和(he)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑TiO 2.用(yong)(yong)五倍濃(nong)縮的(de)(de)(de)(de)(de)生物(wu)(wu)預(yu)處理(li)(li)灰水(shui)和(he)四乙(yi)(yi)二(er)(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)(er)甲(jia)(jia)醚水(shui)溶液(ye)(ye)記錄(lu)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)動力學P25存(cun)在和(he)無(wu)(wu)活性(xing)炭(tan)(tan)。協同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)因子SF光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)率(lv)常(chang)(chang)數與無(wu)(wu)活性(xing)炭(tan)(tan)在活性(xing)炭(tan)(tan)存(cun)在下的(de)(de)(de)(de)(de)速率(lv)常(chang)(chang)數之比。灰水(shui)濃(nong)縮物(wu)(wu)沒有(you)觀察到協同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(SF≈1)。對于(yu)(yu)脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)，四乙(yi)(yi)二(er)(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)(er)甲(jia)(jia)醚，活性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)添加(jia)實際上是光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑(SF (一)具有(you)抑(yi)制作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，在苯(ben)酚水(shui)溶液(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)參考實驗中(zhong)(zhong)確認了協同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。通過(guo)活性(xing)炭(tan)(tan)對其有(you)機成(cheng)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)低吸(xi)附，可以(yi)解(jie)釋灰水(shui)濃(nong)縮物(wu)(wu)沒有(you)協同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。四乙(yi)(yi)二(er)(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)(er)甲(jia)(jia)醚的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)是由于(yu)(yu)活性(xing)炭(tan)(tan)顆粒對光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)劑的(de)(de)(de)(de)(de)屏(ping)蔽。假(jia)設混合(he)(he)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)協同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)僅限于(yu)(yu)芳香族(zu)(zu)有(you)機物(wu)(wu)。粉(fen)狀活性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)添加(jia)有(you)利于(yu)(yu)有(you)機物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)附加(jia)吸(xi)附和(he)去(qu)除，光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)導致活性(xing)炭(tan)(tan)存(cun)在時(shi)有(you)機濃(nong)度降低60%紫(zi)外(wai)線照射時(shi)間(jian)。

　　灰水(shui)比城市污水(shui)更好地再利(li)用，因為它(ta)與衛生(sheng)(sheng)用水(shui)和(he)工業(ye)廢水(shui)分離(li)，因為它(ta)含有(you)低濃度的(de)(de)營養(yang)物(wu)質、病原體和(he)危(wei)險(xian)的(de)(de)工業(ye)化學(xue)品。經過(guo)(guo)(guo)生(sheng)(sheng)物(wu)處理，即(ji)使在低技術(shu)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)，如間歇供應地下垂直流建(jian)造的(de)(de)濕地，也會產生(sheng)(sheng)總有(you)機碳(TOC)濃度在5-15 mg L -1范圍內(nei)的(de)(de)流出物(wu)。此(ci)外(wai)，必須去除生(sheng)(sheng)物(wu)處理灰水(shui)中(zhong)發現的(de)(de)有(you)機微污染物(wu)。實(shi)現這些目標的(de)(de)可持續方(fang)法是太陽(yang)能(neng)異質光(guang)催化氧(yang)化(PCO)懸(xuan)浮在廢水(shui)中(zhong)的(de)(de)半導(dao)體顆(ke)粒的(de)(de)先進氧(yang)化過(guo)(guo)(guo)程。

　　因(yin)此，有必要制定太陽能PCO策略更有效。很有前途(tu)的(de)(de)技術是PCO結合(he)活性炭(tan)吸附。含苯酚(fen)模(mo)型廢水(shui)已經顯示(shi)出這種特定活性炭(tan)類型的(de)(de)存在(zai)，導致了(le)改善PCO常數(shu)為(wei)4-氯(lv)苯酚(fen)、咖啡酸(suan)、2、4-二氯(lv)苯氧乙酸(suan)、氯(lv)丁酸(suan)。在(zai)PCO 活性炭(tan)組合(he)過(guo)程中(zhong)觀察到的(de)(de)協同作用通常基于協同因(yin)子(SF)，存在(zai)下的(de)(de)PCO速率常數(shu)(k PCO_活性炭(tan)和活性炭(tan)不存在(zai)(k PCO)的(de)(de)比例(li)：SF=k PCO_活性炭(tan)/k PCO。

　　協同(tong)(tong)作用的一個原因(yin)是(shi)有機分子從吸附劑(ji)到直(zhi)接(jie)附著在活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上的光催化劑(ji)顆粒的短擴散途徑。因(yin)此(ci)，已(yi)經(jing)發現了PCO /活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)混合工藝(yi)SF與活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和光催化劑(ji)顆粒之間的界面積(ji)有關。TiO 增(zeng)加(jia)了與活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的界面接(jie)觸(chu)和協同(tong)(tong)作用。但(dan)當接(jie)觸(chu)面積(ji)超過光催化劑(ji)總表面的50%時，協同(tong)(tong)效(xiao)應降低。

　　此(ci)外，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭微(wei)晶表(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)(de)特定官能團(如羧甲酸或(huo)環醚(mi)基)被假位于TiO 2表(biao)(biao)(biao)面上(shang)的(de)(de)(de)Ti中(zhong)心]協(xie)調相(xiang)互作用(yong)，特別是以(yi)(yi)銳鈦礦的(de)(de)(de)形(xing)式(shi)，主要是TiO 2修(xiu)改P25。銳鈦礦表(biao)(biao)(biao)現出比金紅(hong)石更(geng)高的(de)(de)(de)氧(yang)原(yuan)子(zi)空(kong)(kong)位(即氧(yang)配體缺陷)。的(de)(de)(de)Ti電子(zi)光催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)和吸附劑(ji)(ji)由含(han)氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭官能表(biao)(biao)(biao)面基團中(zhong)心協(xie)調。假設(she)光催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)光移(yi)動(dong)電子(zi)可(ke)以(yi)(yi)這樣轉移(yi)到相(xiang)鄰的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭表(biao)(biao)(biao)面。因此(ci)，光催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)內的(de)(de)(de)光誘導電子(zi)和空(kong)(kong)穴(xue)的(de)(de)(de)重組(zu)減(jian)少，導致孔的(de)(de)(de)壽命延長，并且它們到達光催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)表(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)(de)可(ke)能性(xing)(xing)(xing)(xing)更(geng)高，從而更(geng)有(you)效(xiao)地氧(yang)化在(zai)光催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)附近的(de)(de)(de)有(you)機物光催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)。光催(cui)(cui)化劑(ji)(ji)/活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭界面面積和兩種固體之間的(de)(de)(de)電荷(電子(zi)或(huo)空(kong)(kong)穴(xue))轉移(yi)受(shou)到活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭表(biao)(biao)(biao)面化學(因此(ci)源材料(liao)和活(huo)(huo)化過程(cheng))的(de)(de)(de)影響。因此(ci)，只有(you)特定的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭PCO /在(zai)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭組(zu)合過程(cheng)中(zhong)引起協(xie)同效(xiao)應。

　　在(zai)PCO在(zai)實驗中(zhong)(zhong)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)微(wei)(wei)晶(jing)中(zhong)(zhong)的(de)(de)石墨(mo)(mo)烯(xi)層(ceng)結構也影響光(guang)催化TiO 2 /活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)系統協同作用程度。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)電(dian)導率(lv)越高，石墨(mo)(mo)烯(xi)層(ceng)紊亂(luan)越低(即與純石墨(mo)(mo)結構越近)。當活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)(zhong)石墨(mo)(mo)微(wei)(wei)晶(jing)的(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)半導體性(xing)(xing)足夠時，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)可(ke)以(yi)從(cong)接觸光(guang)中(zhong)(zhong)轉移TiO 注入的(de)(de)電(dian)荷載流(liu)子(zi)(zi)粒(li)子(zi)(zi)。添加(jia)特(te)定的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)類型PCO這(zhe)支(zhi)持了光(guang)觸媒內空穴電(dian)子(zi)(zi)重組(zu)抑(yi)制的(de)(de)上述效果。一般來說，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)特(te)性(xing)(xing)是(shi)PCO與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)吸附的(de)(de)協同作用非(fei)常復雜。

　　添(tian)加(jia)特(te)定的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)會導致TiO 2基酚PCO速率(lv)(lv)常數增加(jia)。因(yin)此(ci)，盡管(guan)使用(yong)不同(tong)(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)(tong)類型(xing)UV燈與其它(ta)稍(shao)有(you)(you)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)實驗條(tiao)件，但文獻中(zhong)(zhong)描(miao)述的(de)(de)(de)(de)(de)實驗可以再現。苯酚中(zhong)(zhong)有(you)(you)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)PCO中(zhong)(zhong)沒有(you)(you)產(chan)生(sheng)任何協(xie)同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)，證(zheng)實僅(jin)具有(you)(you)特(te)定性(xing)(xing)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)能(neng)夠提高PCO速率(lv)(lv)常數。脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)通過添(tian)加(jia)特(te)殊活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和(he)脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)PCO由活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆粒引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)光催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑明顯遮擋(dang)甚(shen)至(zhi)被抑(yi)制。當檢測到(dao)協(xie)同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)時(shi)，可能(neng)補償了抑(yi)制性(xing)(xing)陰影效應(ying)。假設與特(te)定活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)添(tian)加(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)僅(jin)發生(sheng)在芳(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)中(zhong)(zhong)PCO中(zhong)(zhong)。他們的(de)(de)(de)(de)(de)π- π與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆粒中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)石墨烯層或特(te)定的(de)(de)(de)(de)(de)官能(neng)表面(mian)基團相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)，可假定為協(xie)同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)先決(jue)條(tiao)件。

　　五重(zhong)濃縮生(sheng)物(wu)預處(chu)理灰水PCO不受特定活(huo)性炭(tan)(tan)添(tian)加(jia)的(de)(de)抑(yi)制(zhi)或增(zeng)強。由于(yu)高(gao)比(bi)例的(de)(de)灰水有機物(wu)不能吸附在活(huo)性炭(tan)(tan)上，因此可以防止廢(fei)水中(zhong)有害物(wu)質（包括芳香(xiang)族結構）的(de)(de)協同(tong)作用。然(ran)而，將(jiang)活(huo)性炭(tan)(tan)添(tian)加(jia)到(dao)生(sheng)物(wu)預處(chu)理灰水中(zhong)PCO由于(yu)有機物(wu)的(de)(de)吸附，因為有機物(wu)的(de)(de)吸附和去除增(zeng)加(jia)了光催化礦化的(de)(de)去除。結果強調，實際(ji)廢(fei)水研究的(de)(de)協同(tong)作用是重(zhong)要的(de)(de)，而不是苯酚等模型有機物(wu)的(de)(de)純(chun)水溶液(ye)。