活性炭吸附和異質光催化

　　本(ben)研究的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)評估在生物(wu)(wu)(wu)預(yu)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)灰水(shui)和極性(xing)脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)極性(xing)脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)中(zhong)添(tian)加(jia)(jia)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)是(shi)否具(ju)有(you)(you)(you)(you)(you)協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)，如以前用(yong)(yong)苯(ben)酚(fen)證明的(de)(de)(de)(de)(de)那樣。使用(yong)(yong)UV燈和光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)(yong)五(wu)倍(bei)濃(nong)縮的(de)(de)(de)(de)(de)生物(wu)(wu)(wu)預(yu)處(chu)理灰水(shui)和四(si)(si)乙二(er)(er)醇二(er)(er)甲醚水(shui)溶(rong)液(ye)記錄光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)動力(li)學P25存在和無活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)因(yin)子SF光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率常(chang)數與無活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)在活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)存在下的(de)(de)(de)(de)(de)速率常(chang)數之比(bi)。灰水(shui)濃(nong)縮物(wu)(wu)(wu)沒有(you)(you)(you)(you)(you)觀察到協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)(SF≈1)。對于脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)，四(si)(si)乙二(er)(er)醇二(er)(er)甲醚，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)加(jia)(jia)實(shi)(shi)際上是(shi)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一(yi))具(ju)有(you)(you)(you)(you)(you)抑(yi)制作(zuo)用(yong)(yong)，在苯(ben)酚(fen)水(shui)溶(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)考實(shi)(shi)驗中(zhong)確認了(le)協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)。通過活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)對其有(you)(you)(you)(you)(you)機成分的(de)(de)(de)(de)(de)低吸附，可以解釋灰水(shui)濃(nong)縮物(wu)(wu)(wu)沒有(you)(you)(you)(you)(you)協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)。四(si)(si)乙二(er)(er)醇二(er)(er)甲醚的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)由于活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)顆(ke)粒對光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)屏(ping)蔽。假設混合(he)(he)過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)僅限于芳香族(zu)(zu)有(you)(you)(you)(you)(you)機物(wu)(wu)(wu)。粉狀活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)添(tian)加(jia)(jia)有(you)(you)(you)(you)(you)利于有(you)(you)(you)(you)(you)機物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)附加(jia)(jia)吸附和去除(chu)，光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)導致活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)存在時(shi)有(you)(you)(you)(you)(you)機濃(nong)度降低60%紫外線照射時(shi)間。

　　灰水(shui)(shui)(shui)比城市污水(shui)(shui)(shui)更好地(di)再利用，因為它(ta)(ta)與衛生用水(shui)(shui)(shui)和工業廢水(shui)(shui)(shui)分離，因為它(ta)(ta)含(han)有(you)低濃度的營(ying)養物(wu)質(zhi)、病原體(ti)和危險的工業化(hua)學品(pin)。經過(guo)生物(wu)處理(li)，即使(shi)在低技術過(guo)程中(zhong)(zhong)，如間歇供應地(di)下垂直流(liu)(liu)建造的濕地(di)，也會產生總(zong)有(you)機碳(tan)(TOC)濃度在5-15 mg L -1范圍內的流(liu)(liu)出(chu)物(wu)。此外，必須去除生物(wu)處理(li)灰水(shui)(shui)(shui)中(zhong)(zhong)發現(xian)的有(you)機微污染物(wu)。實現(xian)這些目標的可持續(xu)方法是太陽能異質(zhi)光催化(hua)氧化(hua)(PCO)懸(xuan)浮(fu)在廢水(shui)(shui)(shui)中(zhong)(zhong)的半導體(ti)顆粒的先進氧化(hua)過(guo)程。

　　因(yin)此，有(you)必要制定太陽能PCO策(ce)略更有(you)效。很有(you)前途的技(ji)術是PCO結合(he)(he)活性(xing)(xing)炭(tan)吸附。含(han)苯(ben)酚模(mo)型廢水已(yi)經顯(xian)示出這種特(te)定活性(xing)(xing)炭(tan)類型的存在(zai)，導致了改(gai)善(shan)PCO常(chang)(chang)數為4-氯(lv)(lv)苯(ben)酚、咖啡酸、2、4-二氯(lv)(lv)苯(ben)氧(yang)乙酸、氯(lv)(lv)丁酸。在(zai)PCO 活性(xing)(xing)炭(tan)組合(he)(he)過程中(zhong)觀察到的協同(tong)作用通常(chang)(chang)基于協同(tong)因(yin)子(SF)，存在(zai)下(xia)的PCO速率(lv)常(chang)(chang)數(k PCO_活性(xing)(xing)炭(tan)和活性(xing)(xing)炭(tan)不存在(zai)(k PCO)的比(bi)例：SF=k PCO_活性(xing)(xing)炭(tan)/k PCO。

　　協同作用(yong)的一個原因(yin)是(shi)有機分子從吸附劑(ji)到直接附著在活(huo)性(xing)炭(tan)上的光催化(hua)(hua)劑(ji)顆(ke)粒的短擴(kuo)散途徑。因(yin)此，已(yi)經發現了PCO /活(huo)性(xing)炭(tan)混(hun)合(he)工藝(yi)SF與(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)和光催化(hua)(hua)劑(ji)顆(ke)粒之間(jian)的界(jie)面(mian)積有關。TiO 增加了與(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)的界(jie)面(mian)接觸(chu)和協同作用(yong)。但當接觸(chu)面(mian)積超過光催化(hua)(hua)劑(ji)總表面(mian)的50%時，協同效應降(jiang)低。

　　此外，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)微(wei)晶表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)特(te)定官能團(如羧(suo)甲酸(suan)或環醚基)被假(jia)位于TiO 2表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)上的(de)(de)(de)Ti中心(xin)]協調相互(hu)作用，特(te)別是以銳鈦礦的(de)(de)(de)形式，主要是TiO 2修改(gai)P25。銳鈦礦表(biao)(biao)現出比金紅石(shi)更(geng)(geng)高(gao)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)原子(zi)空位(即氧(yang)(yang)配體缺陷)。的(de)(de)(de)Ti電(dian)子(zi)光(guang)(guang)催化劑和吸附(fu)劑由(you)含氧(yang)(yang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)官能表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)基團中心(xin)協調。假(jia)設光(guang)(guang)催化劑中的(de)(de)(de)光(guang)(guang)移動(dong)電(dian)子(zi)可以這樣轉移到相鄰的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。因此，光(guang)(guang)催化劑內的(de)(de)(de)光(guang)(guang)誘導電(dian)子(zi)和空穴(xue)的(de)(de)(de)重(zhong)組減少(shao)，導致孔的(de)(de)(de)壽(shou)命(ming)延長，并且(qie)它們到達光(guang)(guang)催化劑表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)可能性(xing)(xing)更(geng)(geng)高(gao)，從而更(geng)(geng)有(you)效地氧(yang)(yang)化在光(guang)(guang)催化劑附(fu)近的(de)(de)(de)有(you)機(ji)物光(guang)(guang)催化劑。光(guang)(guang)催化劑/活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)界面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)積(ji)和兩(liang)種固體之間(jian)的(de)(de)(de)電(dian)荷(電(dian)子(zi)或空穴(xue))轉移受到活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)化學(xue)(因此源材(cai)料(liao)和活(huo)化過程(cheng))的(de)(de)(de)影響。因此，只有(you)特(te)定的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)PCO /在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)組合過程(cheng)中引起協同效應。

　　在(zai)PCO在(zai)實驗中(zhong)，活性(xing)炭(tan)微(wei)晶中(zhong)的(de)石墨烯層結構也影響(xiang)光催化TiO 2 /活性(xing)炭(tan)系統協同作(zuo)用(yong)程度。活性(xing)炭(tan)的(de)電(dian)(dian)導率越(yue)高(gao)，石墨烯層紊(wen)亂越(yue)低(即(ji)與純石墨結構越(yue)近)。當活性(xing)炭(tan)中(zhong)石墨微(wei)晶的(de)電(dian)(dian)子(zi)半導體性(xing)足夠時，活性(xing)炭(tan)可(ke)以(yi)從接觸光中(zhong)轉移TiO 注入的(de)電(dian)(dian)荷載流子(zi)粒子(zi)。添加特(te)定的(de)活性(xing)炭(tan)類型PCO這支持(chi)了光觸媒內空穴電(dian)(dian)子(zi)重組抑制(zhi)的(de)上述效果(guo)。一(yi)般來說，活性(xing)炭(tan)的(de)特(te)性(xing)是PCO與活性(xing)炭(tan)吸(xi)附的(de)協同作(zuo)用(yong)非常復雜。

　　添加(jia)特(te)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)會導致TiO 2基酚PCO速率常(chang)數(shu)增(zeng)加(jia)。因此(ci)，盡管使用不同(tong)(tong)類(lei)型的(de)(de)(de)不同(tong)(tong)類(lei)型UV燈與其它(ta)稍有(you)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)實驗條(tiao)件(jian)，但文獻(xian)中描述的(de)(de)(de)實驗可以再現。苯酚中有(you)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)PCO中沒(mei)有(you)產生任何(he)協同(tong)(tong)作用，證實僅(jin)具有(you)特(te)定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)質的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)能夠提高PCO速率常(chang)數(shu)。脂肪族化合物(wu)通過(guo)添加(jia)特(te)殊活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和脂肪族化合物(wu)PCO由活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆粒引起的(de)(de)(de)光催化劑(ji)明顯遮擋甚至被抑(yi)制(zhi)(zhi)。當檢測到(dao)協同(tong)(tong)作用時，可能補償了抑(yi)制(zhi)(zhi)性(xing)(xing)陰(yin)影效應(ying)。假設(she)與特(te)定(ding)(ding)(ding)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)添加(jia)的(de)(de)(de)協同(tong)(tong)作用僅(jin)發(fa)生在芳族化合物(wu)中PCO中。他們的(de)(de)(de)π- π與活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆粒中的(de)(de)(de)石墨烯層或特(te)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)官(guan)能表面基團相(xiang)互(hu)作用，可假定(ding)(ding)(ding)為協同(tong)(tong)作用的(de)(de)(de)先決條(tiao)件(jian)。

　　五(wu)重濃縮生(sheng)(sheng)物預(yu)處(chu)理(li)灰(hui)水(shui)PCO不受特定活性(xing)炭(tan)添(tian)加(jia)的(de)抑(yi)制或(huo)增強。由于高比例的(de)灰(hui)水(shui)有(you)(you)機(ji)物不能吸(xi)(xi)附(fu)在(zai)活性(xing)炭(tan)上(shang)，因(yin)此(ci)可以防止(zhi)廢水(shui)中有(you)(you)害物質（包括芳香族結構）的(de)協同作(zuo)用(yong)。然而(er)，將活性(xing)炭(tan)添(tian)加(jia)到生(sheng)(sheng)物預(yu)處(chu)理(li)灰(hui)水(shui)中PCO由于有(you)(you)機(ji)物的(de)吸(xi)(xi)附(fu)，因(yin)為有(you)(you)機(ji)物的(de)吸(xi)(xi)附(fu)和去(qu)除增加(jia)了光催(cui)化(hua)礦(kuang)化(hua)的(de)去(qu)除。結果強調，實際(ji)廢水(shui)研究的(de)協同作(zuo)用(yong)是(shi)重要(yao)的(de)，而(er)不是(shi)苯酚等模型有(you)(you)機(ji)物的(de)純水(shui)溶液。