活性炭吸附和異質光催化

　　本(ben)研究的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是(shi)(shi)評估在生物(wu)預(yu)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)灰(hui)(hui)水(shui)和極性(xing)脂(zhi)(zhi)肪(fang)(fang)族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)極性(xing)脂(zhi)(zhi)肪(fang)(fang)族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)中添(tian)(tian)加(jia)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)是(shi)(shi)否具(ju)有(you)(you)協同作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，如(ru)以前用(yong)苯酚證明的(de)(de)(de)那樣(yang)。使用(yong)UV燈和光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)五倍濃縮的(de)(de)(de)生物(wu)預(yu)處(chu)理(li)灰(hui)(hui)水(shui)和四乙二醇(chun)(chun)二甲醚水(shui)溶液記(ji)錄光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)動(dong)力學(xue)P25存在和無活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)。協同作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)因(yin)子(zi)SF光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率常數與無活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)存在下(xia)的(de)(de)(de)速率常數之比。灰(hui)(hui)水(shui)濃縮物(wu)沒有(you)(you)觀察到(dao)協同作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(SF≈1)。對于(yu)脂(zhi)(zhi)肪(fang)(fang)族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)，四乙二醇(chun)(chun)二甲醚，活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)添(tian)(tian)加(jia)實際上是(shi)(shi)光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一(yi))具(ju)有(you)(you)抑(yi)制(zhi)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，在苯酚水(shui)溶液的(de)(de)(de)參考實驗中確認了協同作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。通過(guo)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)對其有(you)(you)機(ji)(ji)成(cheng)分的(de)(de)(de)低(di)吸附，可以解釋灰(hui)(hui)水(shui)濃縮物(wu)沒有(you)(you)協同作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。四乙二醇(chun)(chun)二甲醚的(de)(de)(de)光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)(shi)由(you)于(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)顆粒對光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)屏蔽。假設(she)混合過(guo)程中的(de)(de)(de)協同作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)僅(jin)限于(yu)芳香族有(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)。粉狀活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)添(tian)(tian)加(jia)有(you)(you)利于(yu)有(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)的(de)(de)(de)附加(jia)吸附和去除(chu)，光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)導致(zhi)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)存在時有(you)(you)機(ji)(ji)濃度降低(di)60%紫外線(xian)照(zhao)射(she)時間(jian)。

　　灰水(shui)比城(cheng)市污水(shui)更好地(di)(di)再利用(yong)(yong)，因(yin)為(wei)它(ta)與衛生(sheng)用(yong)(yong)水(shui)和工(gong)(gong)業廢水(shui)分離，因(yin)為(wei)它(ta)含有低濃(nong)度(du)的(de)(de)營養物(wu)質、病原(yuan)體(ti)和危險(xian)的(de)(de)工(gong)(gong)業化(hua)學品(pin)。經過(guo)生(sheng)物(wu)處理，即使在(zai)低技術過(guo)程中(zhong)，如間歇(xie)供應(ying)地(di)(di)下垂直流(liu)建造的(de)(de)濕地(di)(di)，也(ye)會產(chan)生(sheng)總有機碳(TOC)濃(nong)度(du)在(zai)5-15 mg L -1范圍內的(de)(de)流(liu)出物(wu)。此外(wai)，必須(xu)去除生(sheng)物(wu)處理灰水(shui)中(zhong)發現(xian)的(de)(de)有機微污染物(wu)。實現(xian)這些目標的(de)(de)可持續方法是太陽能(neng)異質光催化(hua)氧(yang)化(hua)(PCO)懸浮在(zai)廢水(shui)中(zhong)的(de)(de)半導體(ti)顆粒的(de)(de)先進氧(yang)化(hua)過(guo)程。

　　因(yin)此，有(you)必(bi)要制定(ding)太(tai)陽能PCO策略更有(you)效。很有(you)前途的(de)(de)(de)技術是PCO結合(he)活(huo)性(xing)炭(tan)吸附。含苯酚模型(xing)廢(fei)水已經顯示出這種(zhong)特(te)定(ding)活(huo)性(xing)炭(tan)類型(xing)的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)，導(dao)致(zhi)了改(gai)善PCO常(chang)數為4-氯(lv)(lv)苯酚、咖啡酸(suan)、2、4-二(er)氯(lv)(lv)苯氧乙酸(suan)、氯(lv)(lv)丁(ding)酸(suan)。在(zai)PCO 活(huo)性(xing)炭(tan)組合(he)過程中觀察到的(de)(de)(de)協同(tong)作(zuo)用通常(chang)基(ji)于協同(tong)因(yin)子(SF)，存(cun)在(zai)下的(de)(de)(de)PCO速(su)率常(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)(de)比(bi)例：SF=k PCO_活(huo)性(xing)炭(tan)/k PCO。

　　協同作用(yong)(yong)的一個原因是有(you)機分子從吸(xi)附劑到(dao)直(zhi)接附著在活(huo)性炭上(shang)的光(guang)催(cui)化劑顆(ke)粒的短(duan)擴散途徑。因此，已(yi)經發現了PCO /活(huo)性炭混(hun)合工藝SF與(yu)活(huo)性炭和光(guang)催(cui)化劑顆(ke)粒之(zhi)間的界面積(ji)有(you)關。TiO 增加(jia)了與(yu)活(huo)性炭的界面接觸和協同作用(yong)(yong)。但當接觸面積(ji)超(chao)過光(guang)催(cui)化劑總表面的50%時(shi)，協同效應降低。

　　此外，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)微晶表(biao)(biao)面的(de)(de)(de)(de)特(te)定(ding)(ding)官(guan)能(neng)團(如羧甲酸或(huo)(huo)環醚基)被(bei)假(jia)位于TiO 2表(biao)(biao)面上的(de)(de)(de)(de)Ti中(zhong)心(xin)]協調(diao)相互(hu)作用，特(te)別是以銳鈦礦的(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)，主要是TiO 2修(xiu)改P25。銳鈦礦表(biao)(biao)現出比金紅石(shi)更高的(de)(de)(de)(de)氧(yang)原子(zi)(zi)空位(即氧(yang)配體缺陷)。的(de)(de)(de)(de)Ti電(dian)(dian)子(zi)(zi)光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)和(he)吸附劑(ji)由含氧(yang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)官(guan)能(neng)表(biao)(biao)面基團中(zhong)心(xin)協調(diao)。假(jia)設光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)移(yi)(yi)動電(dian)(dian)子(zi)(zi)可(ke)以這樣轉移(yi)(yi)到(dao)相鄰的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面。因此，光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)內(nei)的(de)(de)(de)(de)光(guang)誘導電(dian)(dian)子(zi)(zi)和(he)空穴的(de)(de)(de)(de)重組(zu)減(jian)少，導致孔的(de)(de)(de)(de)壽命延長，并(bing)且它們到(dao)達光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)表(biao)(biao)面的(de)(de)(de)(de)可(ke)能(neng)性(xing)(xing)更高，從而更有效地氧(yang)化(hua)(hua)(hua)在光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)附近的(de)(de)(de)(de)有機(ji)物光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)。光(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)/活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)界面面積和(he)兩種固體之間的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)荷(電(dian)(dian)子(zi)(zi)或(huo)(huo)空穴)轉移(yi)(yi)受到(dao)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面化(hua)(hua)(hua)學(因此源材料(liao)和(he)活(huo)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程(cheng))的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。因此，只(zhi)有特(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)PCO /在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)組(zu)合過(guo)程(cheng)中(zhong)引起協同效應。

　　在PCO在實驗中(zhong)，活(huo)(huo)性炭微晶中(zhong)的(de)(de)(de)石(shi)(shi)墨烯層結(jie)構(gou)也影(ying)響光(guang)(guang)催化(hua)TiO 2 /活(huo)(huo)性炭系統(tong)協同作用程度。活(huo)(huo)性炭的(de)(de)(de)電(dian)導率(lv)越高(gao)，石(shi)(shi)墨烯層紊亂(luan)越低(即與(yu)純石(shi)(shi)墨結(jie)構(gou)越近(jin))。當活(huo)(huo)性炭中(zhong)石(shi)(shi)墨微晶的(de)(de)(de)電(dian)子半導體性足夠(gou)時，活(huo)(huo)性炭可以(yi)從接觸光(guang)(guang)中(zhong)轉移TiO 注(zhu)入(ru)的(de)(de)(de)電(dian)荷(he)載流(liu)子粒子。添(tian)加特(te)定的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性炭類型(xing)PCO這支(zhi)持了光(guang)(guang)觸媒內空(kong)穴電(dian)子重組抑制的(de)(de)(de)上述效果(guo)。一般來說，活(huo)(huo)性炭的(de)(de)(de)特(te)性是PCO與(yu)活(huo)(huo)性炭吸(xi)附的(de)(de)(de)協同作用非常(chang)復(fu)雜。

　　添加特(te)(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)會導致TiO 2基酚PCO速(su)率(lv)常(chang)數(shu)增加。因此，盡管使用(yong)(yong)(yong)不(bu)(bu)同(tong)類型的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)類型UV燈與其(qi)它稍(shao)有(you)(you)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)實(shi)驗條(tiao)件，但文獻中(zhong)描述的(de)(de)(de)實(shi)驗可(ke)以再現。苯酚中(zhong)有(you)(you)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)PCO中(zhong)沒有(you)(you)產生任何協同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)，證(zheng)實(shi)僅(jin)具有(you)(you)特(te)(te)定(ding)(ding)性(xing)質的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)能夠提高PCO速(su)率(lv)常(chang)數(shu)。脂肪族(zu)(zu)(zu)化合物通過添加特(te)(te)殊活(huo)性(xing)炭(tan)和(he)脂肪族(zu)(zu)(zu)化合物PCO由活(huo)性(xing)炭(tan)顆(ke)粒(li)引起的(de)(de)(de)光催(cui)化劑明顯遮擋甚至(zhi)被抑制。當檢測到協同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)時，可(ke)能補償了抑制性(xing)陰影(ying)效(xiao)應。假設與特(te)(te)定(ding)(ding)活(huo)性(xing)炭(tan)添加的(de)(de)(de)協同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)僅(jin)發生在芳族(zu)(zu)(zu)化合物中(zhong)PCO中(zhong)。他(ta)們的(de)(de)(de)π- π與活(huo)性(xing)炭(tan)顆(ke)粒(li)中(zhong)的(de)(de)(de)石墨烯層(ceng)或特(te)(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)官(guan)能表(biao)面基團相(xiang)互作(zuo)用(yong)(yong)(yong)，可(ke)假定(ding)(ding)為協同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)先決條(tiao)件。

　　五重濃縮生(sheng)物(wu)預處(chu)理灰水(shui)PCO不受特定活性炭添加的(de)(de)(de)抑(yi)制或增強。由于(yu)高比例的(de)(de)(de)灰水(shui)有(you)機物(wu)不能吸(xi)附(fu)在活性炭上(shang)，因此可(ke)以防止廢水(shui)中有(you)害物(wu)質(zhi)（包括(kuo)芳香族結構）的(de)(de)(de)協同(tong)作用。然而，將活性炭添加到生(sheng)物(wu)預處(chu)理灰水(shui)中PCO由于(yu)有(you)機物(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)，因為有(you)機物(wu)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)和去(qu)除增加了光催化礦化的(de)(de)(de)去(qu)除。結果強調，實際(ji)廢水(shui)研究的(de)(de)(de)協同(tong)作用是(shi)重要的(de)(de)(de)，而不是(shi)苯酚等模型有(you)機物(wu)的(de)(de)(de)純(chun)水(shui)溶液。