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)是評估在(zai)(zai)生物(wu)(wu)預處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)灰水(shui)(shui)和(he)(he)極性(xing)脂肪族(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)極性(xing)脂肪族(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)中添加(jia)活(huo)性(xing)炭是否具(ju)有(you)(you)(you)協(xie)同作(zuo)用，如以(yi)前用苯酚證明的(de)(de)(de)(de)那樣。使用UV燈和(he)(he)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑TiO 2.用五倍濃(nong)(nong)縮(suo)的(de)(de)(de)(de)生物(wu)(wu)預處(chu)(chu)理(li)灰水(shui)(shui)和(he)(he)四(si)(si)乙(yi)二醇二甲(jia)醚(mi)(mi)水(shui)(shui)溶液記錄光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)動力學(xue)P25存在(zai)(zai)和(he)(he)無(wu)活(huo)性(xing)炭。協(xie)同作(zuo)用因子SF光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)率常(chang)數(shu)(shu)與無(wu)活(huo)性(xing)炭在(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭存在(zai)(zai)下的(de)(de)(de)(de)速率常(chang)數(shu)(shu)之(zhi)比。灰水(shui)(shui)濃(nong)(nong)縮(suo)物(wu)(wu)沒(mei)有(you)(you)(you)觀察到協(xie)同作(zuo)用(SF≈1)。對(dui)于(yu)脂肪族(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)，四(si)(si)乙(yi)二醇二甲(jia)醚(mi)(mi)，活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)添加(jia)實際(ji)上(shang)是光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(SF (一(yi))具(ju)有(you)(you)(you)抑(yi)制作(zuo)用，在(zai)(zai)苯酚水(shui)(shui)溶液的(de)(de)(de)(de)參考實驗中確認(ren)了協(xie)同作(zuo)用。通過(guo)活(huo)性(xing)炭對(dui)其有(you)(you)(you)機(ji)成(cheng)分的(de)(de)(de)(de)低吸附，可以(yi)解(jie)釋灰水(shui)(shui)濃(nong)(nong)縮(suo)物(wu)(wu)沒(mei)有(you)(you)(you)協(xie)同作(zuo)用。四(si)(si)乙(yi)二醇二甲(jia)醚(mi)(mi)的(de)(de)(de)(de)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)是由于(yu)活(huo)性(xing)炭顆粒對(dui)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)屏蔽(bi)。假設混合(he)(he)過(guo)程中的(de)(de)(de)(de)協(xie)同作(zuo)用僅(jin)限于(yu)芳香(xiang)族(zu)有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)。粉(fen)狀(zhuang)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)添加(jia)有(you)(you)(you)利于(yu)有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)附加(jia)吸附和(he)(he)去除，光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)導致活(huo)性(xing)炭存在(zai)(zai)時有(you)(you)(you)機(ji)濃(nong)(nong)度(du)降低60%紫外線(xian)照射時間。

　　灰(hui)水(shui)(shui)比城市污(wu)水(shui)(shui)更好地再利用，因(yin)為(wei)它與衛(wei)生用水(shui)(shui)和(he)工業廢水(shui)(shui)分離，因(yin)為(wei)它含有低濃(nong)度的(de)營(ying)養物質(zhi)、病原體(ti)和(he)危險的(de)工業化(hua)(hua)學品。經過生物處理，即使(shi)在低技術過程中(zhong)(zhong)，如間歇供應地下垂直(zhi)流建造(zao)的(de)濕地，也會(hui)產生總有機碳(TOC)濃(nong)度在5-15 mg L -1范圍內的(de)流出物。此外，必須去(qu)除生物處理灰(hui)水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)發現的(de)有機微污(wu)染物。實現這些(xie)目標的(de)可持續方(fang)法(fa)是太(tai)陽能異質(zhi)光催化(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(PCO)懸浮(fu)在廢水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)的(de)半導(dao)體(ti)顆粒的(de)先進氧化(hua)(hua)過程。

　　因(yin)此(ci)，有必要制定太陽(yang)能PCO策(ce)略更有效。很有前(qian)途的(de)(de)技術是PCO結合(he)活性(xing)(xing)炭吸附。含苯酚(fen)模型(xing)廢水已經顯示(shi)出(chu)這(zhe)種特(te)定活性(xing)(xing)炭類型(xing)的(de)(de)存(cun)(cun)在，導致(zhi)了改(gai)善(shan)PCO常(chang)(chang)數(shu)為4-氯(lv)苯酚(fen)、咖啡酸(suan)(suan)、2、4-二氯(lv)苯氧乙酸(suan)(suan)、氯(lv)丁酸(suan)(suan)。在PCO 活性(xing)(xing)炭組合(he)過程中觀察(cha)到的(de)(de)協同作(zuo)用通常(chang)(chang)基于(yu)協同因(yin)子(SF)，存(cun)(cun)在下的(de)(de)PCO速率常(chang)(chang)數(shu)(k PCO_活性(xing)(xing)炭和活性(xing)(xing)炭不(bu)存(cun)(cun)在(k PCO)的(de)(de)比(bi)例：SF=k PCO_活性(xing)(xing)炭/k PCO。

　　協(xie)(xie)同(tong)(tong)作用(yong)的(de)一個原因是(shi)有(you)機分子(zi)從吸(xi)附劑到直接附著在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上的(de)光(guang)催化劑顆(ke)粒(li)的(de)短擴散(san)途徑。因此，已經發現(xian)了PCO /活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)混合(he)工藝SF與(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和光(guang)催化劑顆(ke)粒(li)之間的(de)界面積有(you)關。TiO 增加了與(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)界面接觸(chu)和協(xie)(xie)同(tong)(tong)作用(yong)。但當接觸(chu)面積超過光(guang)催化劑總表面的(de)50%時(shi)，協(xie)(xie)同(tong)(tong)效應降(jiang)低。

　　此(ci)外，活性炭(tan)(tan)微晶表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)特定官能團(如羧甲酸(suan)或(huo)環醚基)被假位于TiO 2表(biao)面(mian)(mian)(mian)上的(de)Ti中(zhong)(zhong)(zhong)心]協調相(xiang)互作用，特別是以銳鈦(tai)礦(kuang)的(de)形式(shi)，主要是TiO 2修改P25。銳鈦(tai)礦(kuang)表(biao)現(xian)出(chu)比金紅石更高(gao)的(de)氧(yang)原子空位(即氧(yang)配體缺陷)。的(de)Ti電(dian)(dian)子光(guang)(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)和吸附劑(ji)(ji)由含氧(yang)活性炭(tan)(tan)官能表(biao)面(mian)(mian)(mian)基團中(zhong)(zhong)(zhong)心協調。假設光(guang)(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)光(guang)(guang)(guang)移(yi)(yi)動電(dian)(dian)子可以這樣(yang)轉移(yi)(yi)到(dao)(dao)相(xiang)鄰(lin)的(de)活性炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)(mian)。因此(ci)，光(guang)(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)內的(de)光(guang)(guang)(guang)誘導電(dian)(dian)子和空穴(xue)的(de)重組減(jian)少，導致孔的(de)壽(shou)命延長(chang)，并且它們(men)到(dao)(dao)達光(guang)(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)可能性更高(gao)，從而更有效地(di)氧(yang)化(hua)(hua)在光(guang)(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)附近的(de)有機物光(guang)(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)。光(guang)(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)/活性炭(tan)(tan)界面(mian)(mian)(mian)面(mian)(mian)(mian)積(ji)和兩種固體之間的(de)電(dian)(dian)荷(電(dian)(dian)子或(huo)空穴(xue))轉移(yi)(yi)受到(dao)(dao)活性炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)(mian)化(hua)(hua)學(因此(ci)源材料和活化(hua)(hua)過程)的(de)影(ying)響(xiang)。因此(ci)，只有特定的(de)活性炭(tan)(tan)PCO /在活性炭(tan)(tan)組合(he)過程中(zhong)(zhong)(zhong)引(yin)起(qi)協同效應。

　　在(zai)PCO在(zai)實驗中(zhong)(zhong)，活(huo)性炭(tan)微(wei)(wei)晶中(zhong)(zhong)的(de)(de)石(shi)墨烯層結構也(ye)影響光(guang)(guang)催化TiO 2 /活(huo)性炭(tan)系統(tong)協同作(zuo)用程(cheng)度。活(huo)性炭(tan)的(de)(de)電(dian)導率越(yue)高，石(shi)墨烯層紊亂越(yue)低(即與純石(shi)墨結構越(yue)近)。當活(huo)性炭(tan)中(zhong)(zhong)石(shi)墨微(wei)(wei)晶的(de)(de)電(dian)子半(ban)導體性足夠時(shi)，活(huo)性炭(tan)可以從接觸(chu)光(guang)(guang)中(zhong)(zhong)轉(zhuan)移TiO 注入的(de)(de)電(dian)荷(he)載流子粒子。添加特(te)定的(de)(de)活(huo)性炭(tan)類型PCO這支持了(le)光(guang)(guang)觸(chu)媒內空(kong)穴電(dian)子重組抑(yi)制的(de)(de)上述效果(guo)。一般來(lai)說，活(huo)性炭(tan)的(de)(de)特(te)性是PCO與活(huo)性炭(tan)吸(xi)附的(de)(de)協同作(zuo)用非常復(fu)雜。

　　添(tian)加(jia)特定的(de)(de)活性(xing)炭(tan)會導致TiO 2基(ji)酚(fen)PCO速(su)率(lv)常數增加(jia)。因此，盡(jin)管(guan)使用(yong)(yong)不同(tong)類型的(de)(de)不同(tong)類型UV燈(deng)與(yu)其它稍有(you)不同(tong)的(de)(de)實驗條件(jian)，但文獻中(zhong)(zhong)描述的(de)(de)實驗可(ke)以再現。苯酚(fen)中(zhong)(zhong)有(you)不同(tong)的(de)(de)活性(xing)炭(tan)PCO中(zhong)(zhong)沒有(you)產生(sheng)任何協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)，證實僅具有(you)特定性(xing)質的(de)(de)活性(xing)炭(tan)能(neng)夠提高PCO速(su)率(lv)常數。脂肪(fang)(fang)族(zu)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)通過(guo)添(tian)加(jia)特殊活性(xing)炭(tan)和脂肪(fang)(fang)族(zu)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)PCO由活性(xing)炭(tan)顆粒引起的(de)(de)光催化(hua)(hua)劑明顯遮擋甚至被抑制(zhi)。當檢測到協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)時，可(ke)能(neng)補償了抑制(zhi)性(xing)陰影效應。假設(she)與(yu)特定活性(xing)炭(tan)添(tian)加(jia)的(de)(de)協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)僅發生(sheng)在(zai)芳族(zu)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)PCO中(zhong)(zhong)。他(ta)們的(de)(de)π- π與(yu)活性(xing)炭(tan)顆粒中(zhong)(zhong)的(de)(de)石墨烯層或特定的(de)(de)官(guan)能(neng)表面基(ji)團(tuan)相互(hu)作用(yong)(yong)，可(ke)假定為協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)的(de)(de)先(xian)決條件(jian)。

　　五重(zhong)濃縮生物(wu)預處(chu)理灰(hui)(hui)水(shui)PCO不受特定活性炭添加(jia)的(de)抑制或增(zeng)強。由于(yu)高比例的(de)灰(hui)(hui)水(shui)有(you)(you)機(ji)(ji)(ji)物(wu)不能吸附在活性炭上，因此(ci)可(ke)以防止廢水(shui)中(zhong)(zhong)有(you)(you)害(hai)物(wu)質（包括芳香族結構）的(de)協(xie)同作用。然(ran)而，將活性炭添加(jia)到生物(wu)預處(chu)理灰(hui)(hui)水(shui)中(zhong)(zhong)PCO由于(yu)有(you)(you)機(ji)(ji)(ji)物(wu)的(de)吸附，因為(wei)有(you)(you)機(ji)(ji)(ji)物(wu)的(de)吸附和去(qu)(qu)除增(zeng)加(jia)了(le)光(guang)催化礦化的(de)去(qu)(qu)除。結果(guo)強調，實際廢水(shui)研究的(de)協(xie)同作用是重(zhong)要的(de)，而不是苯酚等(deng)模型(xing)有(you)(you)機(ji)(ji)(ji)物(wu)的(de)純水(shui)溶液。