活性炭吸附和異質光催化

　　本研(yan)究的(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)是評估在(zai)(zai)生(sheng)物(wu)預(yu)處理的(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)水和(he)極(ji)性(xing)(xing)(xing)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)合(he)物(wu)極(ji)性(xing)(xing)(xing)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)合(he)物(wu)光(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)中(zhong)添(tian)(tian)(tian)加(jia)(jia)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)是否具(ju)(ju)有(you)協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，如以前用(yong)苯酚(fen)證(zheng)明的(de)(de)(de)(de)(de)那樣。使用(yong)UV燈和(he)光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)五倍濃縮(suo)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)預(yu)處理灰(hui)水和(he)四乙(yi)二(er)(er)醇二(er)(er)甲醚(mi)水溶(rong)(rong)液記錄光(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)動力學P25存(cun)在(zai)(zai)和(he)無活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)。協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)因(yin)子(zi)SF光(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)率常數(shu)與無活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)存(cun)在(zai)(zai)下的(de)(de)(de)(de)(de)速率常數(shu)之比。灰(hui)水濃縮(suo)物(wu)沒(mei)有(you)觀察(cha)到協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(SF≈1)。對(dui)于(yu)(yu)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)合(he)物(wu)，四乙(yi)二(er)(er)醇二(er)(er)甲醚(mi)，活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)(tian)加(jia)(jia)實際上(shang)是光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具(ju)(ju)有(you)抑制作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，在(zai)(zai)苯酚(fen)水溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)(de)參考實驗中(zhong)確認了(le)協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。通過(guo)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)對(dui)其有(you)機成分的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)吸(xi)附(fu)，可(ke)以解釋灰(hui)水濃縮(suo)物(wu)沒(mei)有(you)協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。四乙(yi)二(er)(er)醇二(er)(er)甲醚(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)是由于(yu)(yu)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)顆粒對(dui)光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)屏(ping)蔽(bi)。假(jia)設混(hun)合(he)過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)僅(jin)限于(yu)(yu)芳香(xiang)族有(you)機物(wu)。粉狀活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)(tian)加(jia)(jia)有(you)利于(yu)(yu)有(you)機物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)附(fu)加(jia)(jia)吸(xi)附(fu)和(he)去除(chu)，光(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)導致活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)存(cun)在(zai)(zai)時有(you)機濃度降低(di)60%紫外線照(zhao)射時間(jian)。

　　灰水(shui)(shui)比城市污水(shui)(shui)更(geng)好地再利(li)用(yong)(yong)，因為它(ta)(ta)與(yu)衛生(sheng)用(yong)(yong)水(shui)(shui)和(he)工業廢(fei)水(shui)(shui)分離，因為它(ta)(ta)含(han)有(you)低濃(nong)度的(de)營養物(wu)質、病原(yuan)體(ti)和(he)危險的(de)工業化(hua)(hua)學品。經(jing)過(guo)生(sheng)物(wu)處(chu)理(li)，即使(shi)在(zai)低技術過(guo)程(cheng)中(zhong)，如間歇供應地下(xia)垂直流(liu)建(jian)造的(de)濕地，也會產生(sheng)總有(you)機(ji)碳(TOC)濃(nong)度在(zai)5-15 mg L -1范圍內的(de)流(liu)出物(wu)。此外，必須去除生(sheng)物(wu)處(chu)理(li)灰水(shui)(shui)中(zhong)發現(xian)的(de)有(you)機(ji)微污染(ran)物(wu)。實現(xian)這些目標的(de)可(ke)持續方法是太陽能異質光催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(PCO)懸浮在(zai)廢(fei)水(shui)(shui)中(zhong)的(de)半導體(ti)顆粒的(de)先進氧(yang)化(hua)(hua)過(guo)程(cheng)。

　　因(yin)此，有(you)必要制定(ding)太(tai)陽能PCO策略(lve)更有(you)效。很(hen)有(you)前途的(de)(de)技術是PCO結(jie)合(he)活(huo)性炭(tan)吸附。含苯酚模型(xing)廢水已經顯示(shi)出這種(zhong)特定(ding)活(huo)性炭(tan)類型(xing)的(de)(de)存(cun)在(zai)，導致了改善PCO常(chang)數為(wei)4-氯苯酚、咖啡(fei)酸、2、4-二氯苯氧乙(yi)酸、氯丁酸。在(zai)PCO 活(huo)性炭(tan)組(zu)合(he)過程中觀察到的(de)(de)協同作用(yong)通常(chang)基于協同因(yin)子(SF)，存(cun)在(zai)下(xia)的(de)(de)PCO速率常(chang)數(k PCO_活(huo)性炭(tan)和活(huo)性炭(tan)不存(cun)在(zai)(k PCO)的(de)(de)比例：SF=k PCO_活(huo)性炭(tan)/k PCO。

　　協(xie)同作用(yong)的一個原(yuan)因(yin)是(shi)有機分子從吸附劑到直接附著在活性炭上的光催(cui)(cui)化(hua)劑顆粒(li)的短擴散途徑(jing)。因(yin)此，已經發(fa)現(xian)了PCO /活性炭混合(he)工(gong)藝SF與活性炭和(he)光催(cui)(cui)化(hua)劑顆粒(li)之(zhi)間(jian)的界(jie)面積有關(guan)。TiO 增加了與活性炭的界(jie)面接觸(chu)和(he)協(xie)同作用(yong)。但當接觸(chu)面積超過光催(cui)(cui)化(hua)劑總表面的50%時，協(xie)同效應降低(di)。

　　此(ci)外，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)微晶表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)特定(ding)官(guan)能團(如(ru)羧甲酸或(huo)環(huan)醚基)被假位(wei)(wei)于TiO 2表(biao)(biao)面(mian)上的(de)(de)(de)Ti中(zhong)(zhong)心]協(xie)調(diao)相互作(zuo)用，特別是(shi)以銳鈦礦的(de)(de)(de)形式，主(zhu)要是(shi)TiO 2修改P25。銳鈦礦表(biao)(biao)現出(chu)比(bi)金紅石更高的(de)(de)(de)氧(yang)原子(zi)(zi)(zi)空(kong)(kong)位(wei)(wei)(即氧(yang)配(pei)體(ti)缺陷(xian))。的(de)(de)(de)Ti電(dian)子(zi)(zi)(zi)光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)和(he)吸附(fu)劑(ji)(ji)由含氧(yang)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)官(guan)能表(biao)(biao)面(mian)基團中(zhong)(zhong)心協(xie)調(diao)。假設光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)移(yi)動電(dian)子(zi)(zi)(zi)可以這樣轉(zhuan)(zhuan)移(yi)到(dao)相鄰的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)。因此(ci)，光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)內的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)誘(you)導(dao)電(dian)子(zi)(zi)(zi)和(he)空(kong)(kong)穴的(de)(de)(de)重組減(jian)少，導(dao)致孔的(de)(de)(de)壽命延長，并且它們(men)到(dao)達光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)可能性(xing)(xing)更高，從而更有(you)效(xiao)地氧(yang)化(hua)(hua)(hua)在光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)附(fu)近的(de)(de)(de)有(you)機物光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)。光(guang)(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)/活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)界面(mian)面(mian)積(ji)和(he)兩種固體(ti)之間(jian)的(de)(de)(de)電(dian)荷(he)(電(dian)子(zi)(zi)(zi)或(huo)空(kong)(kong)穴)轉(zhuan)(zhuan)移(yi)受到(dao)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(因此(ci)源材料和(he)活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程)的(de)(de)(de)影響(xiang)。因此(ci)，只有(you)特定(ding)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)PCO /在活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)組合過(guo)程中(zhong)(zhong)引起協(xie)同(tong)效(xiao)應。

　　在(zai)(zai)PCO在(zai)(zai)實(shi)驗中(zhong)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)微晶中(zhong)的(de)石(shi)墨烯(xi)層結(jie)構(gou)也影(ying)響光催化TiO 2 /活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)系統協(xie)同作(zuo)用程度。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)電(dian)(dian)導率(lv)越高，石(shi)墨烯(xi)層紊亂越低(即(ji)與(yu)純石(shi)墨結(jie)構(gou)越近)。當活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)石(shi)墨微晶的(de)電(dian)(dian)子半導體性(xing)足夠時，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)可(ke)以從接觸(chu)光中(zhong)轉移TiO 注入的(de)電(dian)(dian)荷載流子粒子。添加特(te)定(ding)的(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)類型PCO這(zhe)支持了光觸(chu)媒內空穴(xue)電(dian)(dian)子重組抑制(zhi)的(de)上(shang)述(shu)效果(guo)。一般(ban)來說，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)特(te)性(xing)是(shi)PCO與(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)吸(xi)附的(de)協(xie)同作(zuo)用非常復雜。

　　添加(jia)(jia)特定(ding)(ding)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)會導致TiO 2基酚(fen)PCO速(su)率(lv)常(chang)數(shu)增加(jia)(jia)。因此，盡管使用(yong)不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)類型的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)類型UV燈與(yu)其它稍有不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)條(tiao)件，但文獻中描述(shu)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)可(ke)以再現。苯酚(fen)中有不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)PCO中沒有產生任何協同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)，證實(shi)(shi)僅具有特定(ding)(ding)性(xing)質的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)能夠提高PCO速(su)率(lv)常(chang)數(shu)。脂(zhi)肪(fang)(fang)族(zu)化合(he)物通(tong)過(guo)添加(jia)(jia)特殊活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和脂(zhi)肪(fang)(fang)族(zu)化合(he)物PCO由活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)顆粒引起的(de)(de)(de)光催化劑明顯遮擋甚至被(bei)抑(yi)制。當檢(jian)測(ce)到協同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)時，可(ke)能補償(chang)了抑(yi)制性(xing)陰影(ying)效應。假設與(yu)特定(ding)(ding)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)添加(jia)(jia)的(de)(de)(de)協同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)僅發生在芳族(zu)化合(he)物中PCO中。他們的(de)(de)(de)π- π與(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)顆粒中的(de)(de)(de)石(shi)墨(mo)烯層或特定(ding)(ding)的(de)(de)(de)官(guan)能表面基團(tuan)相互作(zuo)用(yong)，可(ke)假定(ding)(ding)為協同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)先決條(tiao)件。

　　五重(zhong)濃縮(suo)生物(wu)(wu)(wu)預(yu)處(chu)理灰(hui)(hui)水(shui)PCO不(bu)受(shou)特定活性(xing)炭添(tian)加的(de)抑(yi)制或增(zeng)強。由于(yu)(yu)高比例的(de)灰(hui)(hui)水(shui)有(you)機物(wu)(wu)(wu)不(bu)能吸附在活性(xing)炭上，因(yin)此(ci)可以(yi)防止廢(fei)水(shui)中有(you)害物(wu)(wu)(wu)質（包括芳香族結構）的(de)協同作(zuo)用(yong)(yong)。然而，將(jiang)活性(xing)炭添(tian)加到生物(wu)(wu)(wu)預(yu)處(chu)理灰(hui)(hui)水(shui)中PCO由于(yu)(yu)有(you)機物(wu)(wu)(wu)的(de)吸附，因(yin)為有(you)機物(wu)(wu)(wu)的(de)吸附和去(qu)除增(zeng)加了(le)光催化礦化的(de)去(qu)除。結果強調，實際廢(fei)水(shui)研究的(de)協同作(zuo)用(yong)(yong)是重(zhong)要的(de)，而不(bu)是苯(ben)酚(fen)等模型有(you)機物(wu)(wu)(wu)的(de)純(chun)水(shui)溶液。