活性炭吸附和異質光催化

　　本研究(jiu)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是評估在(zai)生物(wu)預(yu)處(chu)理的(de)(de)灰(hui)水(shui)(shui)和(he)(he)極(ji)性(xing)脂肪族(zu)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)極(ji)性(xing)脂肪族(zu)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)光催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)中添(tian)加活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)是否具(ju)有(you)(you)(you)協同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，如(ru)以前用(yong)(yong)苯酚證明的(de)(de)那樣。使(shi)用(yong)(yong)UV燈和(he)(he)光催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑TiO 2.用(yong)(yong)五倍濃縮(suo)的(de)(de)生物(wu)預(yu)處(chu)理灰(hui)水(shui)(shui)和(he)(he)四乙二(er)醇二(er)甲醚水(shui)(shui)溶液(ye)記錄(lu)光催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)動力學(xue)P25存在(zai)和(he)(he)無活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)。協同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)因(yin)子SF光催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)率常數(shu)與(yu)無活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在(zai)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)存在(zai)下的(de)(de)速率常數(shu)之比。灰(hui)水(shui)(shui)濃縮(suo)物(wu)沒有(you)(you)(you)觀察(cha)到協同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(SF≈1)。對(dui)于(yu)(yu)脂肪族(zu)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)，四乙二(er)醇二(er)甲醚，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)添(tian)加實(shi)際上是光催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(SF (一)具(ju)有(you)(you)(you)抑制作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，在(zai)苯酚水(shui)(shui)溶液(ye)的(de)(de)參(can)考實(shi)驗(yan)中確認了協同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。通過(guo)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)對(dui)其有(you)(you)(you)機(ji)(ji)成(cheng)分(fen)的(de)(de)低(di)吸(xi)附(fu)，可以解釋灰(hui)水(shui)(shui)濃縮(suo)物(wu)沒有(you)(you)(you)協同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。四乙二(er)醇二(er)甲醚的(de)(de)光催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)是由于(yu)(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)顆(ke)粒對(dui)光催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)屏蔽。假(jia)設混合(he)過(guo)程(cheng)中的(de)(de)協同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)僅(jin)限于(yu)(yu)芳香族(zu)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)。粉(fen)狀活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)添(tian)加有(you)(you)(you)利于(yu)(yu)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)的(de)(de)附(fu)加吸(xi)附(fu)和(he)(he)去除(chu)，光催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)導致活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)存在(zai)時有(you)(you)(you)機(ji)(ji)濃度降低(di)60%紫(zi)外線照射時間。

　　灰(hui)水比城(cheng)市污水更(geng)好(hao)地再(zai)利用(yong)，因為它與衛生(sheng)(sheng)用(yong)水和工(gong)業廢水分離，因為它含有(you)(you)低濃(nong)度的(de)營養物(wu)(wu)質、病原體和危險的(de)工(gong)業化(hua)(hua)學品(pin)。經過(guo)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)處理(li)，即使在(zai)低技(ji)術過(guo)程中(zhong)，如間歇供應地下垂直流(liu)建造的(de)濕地，也(ye)會(hui)產生(sheng)(sheng)總有(you)(you)機碳(TOC)濃(nong)度在(zai)5-15 mg L -1范圍內的(de)流(liu)出(chu)物(wu)(wu)。此外，必須去除生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)處理(li)灰(hui)水中(zhong)發現的(de)有(you)(you)機微污染物(wu)(wu)。實現這(zhe)些(xie)目(mu)標的(de)可持續方法是太陽能異(yi)質光(guang)催(cui)化(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(PCO)懸浮在(zai)廢水中(zhong)的(de)半導體顆粒的(de)先進氧化(hua)(hua)過(guo)程。

　　因此，有(you)必要制(zhi)定太陽(yang)能PCO策略更有(you)效。很有(you)前途的(de)技(ji)術是PCO結合活(huo)性(xing)炭(tan)吸附。含苯(ben)酚(fen)模型廢水已經(jing)顯示出(chu)這種特定活(huo)性(xing)炭(tan)類(lei)型的(de)存在(zai)(zai)，導(dao)致了改善PCO常(chang)數(shu)為(wei)4-氯(lv)苯(ben)酚(fen)、咖啡酸(suan)、2、4-二氯(lv)苯(ben)氧乙(yi)酸(suan)、氯(lv)丁酸(suan)。在(zai)(zai)PCO 活(huo)性(xing)炭(tan)組合過程中觀察到(dao)的(de)協(xie)同作用通常(chang)基于(yu)協(xie)同因子(SF)，存在(zai)(zai)下的(de)PCO速率常(chang)數(shu)(k PCO_活(huo)性(xing)炭(tan)和活(huo)性(xing)炭(tan)不(bu)存在(zai)(zai)(k PCO)的(de)比例：SF=k PCO_活(huo)性(xing)炭(tan)/k PCO。

　　協同作(zuo)用的(de)(de)一個(ge)原因(yin)是有機分子從吸附劑(ji)到直接附著在(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)上的(de)(de)光(guang)催化劑(ji)顆粒的(de)(de)短擴散(san)途徑。因(yin)此，已(yi)經發現了PCO /活(huo)性(xing)炭(tan)混合工藝SF與活(huo)性(xing)炭(tan)和(he)(he)光(guang)催化劑(ji)顆粒之間的(de)(de)界面(mian)積有關。TiO 增加了與活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)界面(mian)接觸和(he)(he)協同作(zuo)用。但(dan)當接觸面(mian)積超過光(guang)催化劑(ji)總表面(mian)的(de)(de)50%時，協同效應降低。

　　此(ci)(ci)外，活(huo)性(xing)炭微晶表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)特定(ding)官(guan)能團(如(ru)羧甲酸或(huo)環醚基)被假位(wei)于(yu)TiO 2表(biao)面(mian)(mian)(mian)上的(de)(de)(de)Ti中(zhong)心]協調相互作用，特別是以(yi)銳鈦(tai)礦的(de)(de)(de)形式，主要是TiO 2修改P25。銳鈦(tai)礦表(biao)現(xian)出比(bi)金(jin)紅石(shi)更高的(de)(de)(de)氧原子空(kong)位(wei)(即氧配(pei)體(ti)缺陷)。的(de)(de)(de)Ti電(dian)(dian)(dian)子光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)和吸附(fu)(fu)劑(ji)由含氧活(huo)性(xing)炭官(guan)能表(biao)面(mian)(mian)(mian)基團中(zhong)心協調。假設光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)移(yi)動電(dian)(dian)(dian)子可以(yi)這(zhe)樣(yang)轉移(yi)到相鄰的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭表(biao)面(mian)(mian)(mian)。因此(ci)(ci)，光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)內(nei)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)誘導(dao)電(dian)(dian)(dian)子和空(kong)穴(xue)的(de)(de)(de)重組減少，導(dao)致孔的(de)(de)(de)壽命(ming)延長，并(bing)且(qie)它們到達(da)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)可能性(xing)更高，從而更有效(xiao)地氧化(hua)(hua)(hua)在光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)附(fu)(fu)近的(de)(de)(de)有機物光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)。光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)/活(huo)性(xing)炭界面(mian)(mian)(mian)面(mian)(mian)(mian)積和兩種固體(ti)之(zhi)間的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷(電(dian)(dian)(dian)子或(huo)空(kong)穴(xue))轉移(yi)受(shou)到活(huo)性(xing)炭表(biao)面(mian)(mian)(mian)化(hua)(hua)(hua)學(因此(ci)(ci)源材(cai)料和活(huo)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程)的(de)(de)(de)影(ying)響。因此(ci)(ci)，只有特定(ding)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭PCO /在活(huo)性(xing)炭組合(he)過(guo)程中(zhong)引(yin)起(qi)協同效(xiao)應(ying)。

　　在PCO在實驗中，活(huo)(huo)性炭(tan)微晶中的(de)石墨(mo)烯層(ceng)結構也(ye)影(ying)響(xiang)光催化(hua)TiO 2 /活(huo)(huo)性炭(tan)系統協同(tong)作(zuo)(zuo)用程度。活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)電(dian)導(dao)率越高，石墨(mo)烯層(ceng)紊亂(luan)越低(即與(yu)純石墨(mo)結構越近)。當活(huo)(huo)性炭(tan)中石墨(mo)微晶的(de)電(dian)子(zi)半導(dao)體性足夠時(shi)，活(huo)(huo)性炭(tan)可(ke)以(yi)從接(jie)觸光中轉(zhuan)移TiO 注入(ru)的(de)電(dian)荷載流子(zi)粒子(zi)。添加特(te)定的(de)活(huo)(huo)性炭(tan)類型PCO這(zhe)支持了光觸媒內(nei)空穴電(dian)子(zi)重組抑制(zhi)的(de)上述效果。一般來說(shuo)，活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)特(te)性是PCO與(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)吸附的(de)協同(tong)作(zuo)(zuo)用非(fei)常復雜。

　　添(tian)加(jia)特(te)定的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭會導致TiO 2基(ji)酚PCO速率常數增加(jia)。因此，盡(jin)管使用(yong)不(bu)同(tong)類型的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)類型UV燈與其它(ta)稍有(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)實(shi)驗條件，但文獻中描述的(de)(de)(de)實(shi)驗可(ke)(ke)以再現(xian)。苯酚中有(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭PCO中沒有(you)產生(sheng)(sheng)任何(he)協同(tong)作(zuo)用(yong)，證實(shi)僅(jin)具(ju)有(you)特(te)定性(xing)(xing)(xing)(xing)質(zhi)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭能夠(gou)提高(gao)PCO速率常數。脂肪(fang)族化合(he)物通過添(tian)加(jia)特(te)殊活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭和脂肪(fang)族化合(he)物PCO由活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭顆粒(li)引起的(de)(de)(de)光催化劑明顯(xian)遮擋甚至(zhi)被抑制(zhi)。當檢測到協同(tong)作(zuo)用(yong)時，可(ke)(ke)能補償了抑制(zhi)性(xing)(xing)(xing)(xing)陰影效應(ying)。假(jia)設與特(te)定活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭添(tian)加(jia)的(de)(de)(de)協同(tong)作(zuo)用(yong)僅(jin)發生(sheng)(sheng)在芳族化合(he)物中PCO中。他們(men)的(de)(de)(de)π- π與活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭顆粒(li)中的(de)(de)(de)石墨烯(xi)層或特(te)定的(de)(de)(de)官能表(biao)面基(ji)團相互作(zuo)用(yong)，可(ke)(ke)假(jia)定為協同(tong)作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)先決條件。

　　五重(zhong)濃(nong)縮生物預處理(li)灰(hui)(hui)水(shui)(shui)PCO不(bu)受特定活性(xing)炭添加(jia)的(de)(de)(de)抑制或增強(qiang)。由于高(gao)比例(li)的(de)(de)(de)灰(hui)(hui)水(shui)(shui)有機物不(bu)能吸(xi)附在活性(xing)炭上，因(yin)此可以防止廢(fei)水(shui)(shui)中有害物質(zhi)（包括芳香族結構）的(de)(de)(de)協同(tong)作用(yong)(yong)。然而，將活性(xing)炭添加(jia)到生物預處理(li)灰(hui)(hui)水(shui)(shui)中PCO由于有機物的(de)(de)(de)吸(xi)附，因(yin)為有機物的(de)(de)(de)吸(xi)附和去(qu)(qu)除增加(jia)了(le)光催化礦化的(de)(de)(de)去(qu)(qu)除。結果(guo)強(qiang)調，實際廢(fei)水(shui)(shui)研(yan)究的(de)(de)(de)協同(tong)作用(yong)(yong)是重(zhong)要的(de)(de)(de)，而不(bu)是苯酚等模(mo)型有機物的(de)(de)(de)純水(shui)(shui)溶液。