活性炭吸附和異質光催化

　　本(ben)研(yan)究的(de)(de)目的(de)(de)是評估在(zai)(zai)(zai)生物(wu)預處理的(de)(de)灰水(shui)(shui)和(he)(he)極(ji)性(xing)(xing)脂肪(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)極(ji)性(xing)(xing)脂肪(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)光催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)中添加(jia)(jia)(jia)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)是否具有(you)(you)協同(tong)作(zuo)用(yong)，如以前用(yong)苯酚(fen)證(zheng)明的(de)(de)那樣。使用(yong)UV燈和(he)(he)光催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)五倍(bei)濃(nong)(nong)縮(suo)(suo)的(de)(de)生物(wu)預處理灰水(shui)(shui)和(he)(he)四乙(yi)(yi)二(er)(er)醇二(er)(er)甲(jia)醚水(shui)(shui)溶(rong)(rong)液記錄光催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)動力學P25存在(zai)(zai)(zai)和(he)(he)無活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)。協同(tong)作(zuo)用(yong)因子SF光催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率常數與(yu)無活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)存在(zai)(zai)(zai)下的(de)(de)速率常數之(zhi)比。灰水(shui)(shui)濃(nong)(nong)縮(suo)(suo)物(wu)沒有(you)(you)觀察到(dao)協同(tong)作(zuo)用(yong)(SF≈1)。對(dui)于脂肪(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)，四乙(yi)(yi)二(er)(er)醇二(er)(er)甲(jia)醚，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)添加(jia)(jia)(jia)實(shi)際(ji)上(shang)是光催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具有(you)(you)抑制作(zuo)用(yong)，在(zai)(zai)(zai)苯酚(fen)水(shui)(shui)溶(rong)(rong)液的(de)(de)參考實(shi)驗中確認了協同(tong)作(zuo)用(yong)。通過(guo)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)對(dui)其有(you)(you)機(ji)成分的(de)(de)低(di)吸附(fu)，可以解釋灰水(shui)(shui)濃(nong)(nong)縮(suo)(suo)物(wu)沒有(you)(you)協同(tong)作(zuo)用(yong)。四乙(yi)(yi)二(er)(er)醇二(er)(er)甲(jia)醚的(de)(de)光催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是由于活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)顆(ke)粒(li)對(dui)光催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)屏蔽(bi)。假設混合(he)過(guo)程中的(de)(de)協同(tong)作(zuo)用(yong)僅限于芳香(xiang)族(zu)(zu)有(you)(you)機(ji)物(wu)。粉(fen)狀活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)添加(jia)(jia)(jia)有(you)(you)利于有(you)(you)機(ji)物(wu)的(de)(de)附(fu)加(jia)(jia)(jia)吸附(fu)和(he)(he)去除(chu)，光催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)導致(zhi)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)存在(zai)(zai)(zai)時(shi)有(you)(you)機(ji)濃(nong)(nong)度降低(di)60%紫外(wai)線(xian)照射時(shi)間。

　　灰(hui)(hui)水(shui)(shui)比城市污(wu)(wu)水(shui)(shui)更好(hao)地(di)再利用，因(yin)為它與衛生用水(shui)(shui)和(he)工業廢水(shui)(shui)分離，因(yin)為它含有低濃度的(de)營(ying)養物(wu)質、病原體和(he)危(wei)險的(de)工業化(hua)學品。經過(guo)生物(wu)處(chu)(chu)理，即使在(zai)低技術過(guo)程(cheng)中(zhong)，如(ru)間歇供(gong)應地(di)下垂直(zhi)流建造的(de)濕地(di)，也(ye)會(hui)產生總有機(ji)碳(TOC)濃度在(zai)5-15 mg L -1范圍內的(de)流出物(wu)。此外，必須去除生物(wu)處(chu)(chu)理灰(hui)(hui)水(shui)(shui)中(zhong)發現(xian)的(de)有機(ji)微污(wu)(wu)染(ran)物(wu)。實現(xian)這些(xie)目標的(de)可持續(xu)方(fang)法是太(tai)陽能異質光催(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)(PCO)懸浮在(zai)廢水(shui)(shui)中(zhong)的(de)半導體顆粒的(de)先進氧(yang)化(hua)過(guo)程(cheng)。

　　因(yin)此，有必要制(zhi)定太陽能PCO策略更有效。很有前途的(de)(de)(de)技術(shu)是PCO結(jie)合(he)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭吸附。含苯酚模型廢水已經(jing)顯示(shi)出(chu)這種特定活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭類型的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)，導致了改善PCO常(chang)數為4-氯(lv)(lv)苯酚、咖(ka)啡(fei)酸(suan)、2、4-二氯(lv)(lv)苯氧乙酸(suan)、氯(lv)(lv)丁酸(suan)。在(zai)(zai)PCO 活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭組合(he)過程中觀察到的(de)(de)(de)協(xie)同作用通常(chang)基(ji)于(yu)協(xie)同因(yin)子(SF)，存在(zai)(zai)下的(de)(de)(de)PCO速(su)率常(chang)數(k PCO_活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭和(he)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭不存在(zai)(zai)(k PCO)的(de)(de)(de)比例：SF=k PCO_活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭/k PCO。

　　協同(tong)(tong)作(zuo)用的(de)(de)一個原因是有(you)(you)機分(fen)子從(cong)吸附劑(ji)到直接(jie)附著在活性(xing)炭(tan)(tan)上(shang)的(de)(de)光催化(hua)(hua)劑(ji)顆(ke)粒(li)的(de)(de)短(duan)擴散(san)途徑。因此，已經發(fa)現了PCO /活性(xing)炭(tan)(tan)混合工藝SF與活性(xing)炭(tan)(tan)和(he)光催化(hua)(hua)劑(ji)顆(ke)粒(li)之(zhi)間的(de)(de)界(jie)面積有(you)(you)關。TiO 增加(jia)了與活性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)界(jie)面接(jie)觸(chu)和(he)協同(tong)(tong)作(zuo)用。但當(dang)接(jie)觸(chu)面積超(chao)過(guo)光催化(hua)(hua)劑(ji)總表面的(de)(de)50%時，協同(tong)(tong)效應降低。

　　此(ci)外(wai)，活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)微晶(jing)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)特定(ding)官能(neng)(neng)團(如(ru)羧甲(jia)酸或(huo)環醚(mi)基)被假(jia)位(wei)于(yu)TiO 2表(biao)面(mian)(mian)(mian)上的(de)(de)(de)Ti中心]協調相互作用，特別是以(yi)銳鈦礦的(de)(de)(de)形式，主要是TiO 2修改P25。銳鈦礦表(biao)現出比金紅(hong)石更高的(de)(de)(de)氧原(yuan)子空位(wei)(即氧配體(ti)缺陷)。的(de)(de)(de)Ti電(dian)子光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)和(he)吸(xi)附(fu)劑(ji)由含(han)氧活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)官能(neng)(neng)表(biao)面(mian)(mian)(mian)基團中心協調。假(jia)設光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)中的(de)(de)(de)光(guang)移動電(dian)子可(ke)以(yi)這樣(yang)轉(zhuan)移到相鄰(lin)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)(mian)。因(yin)此(ci)，光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)內的(de)(de)(de)光(guang)誘導電(dian)子和(he)空穴的(de)(de)(de)重組減少，導致孔的(de)(de)(de)壽命延長，并且它們(men)到達光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)可(ke)能(neng)(neng)性更高，從而更有(you)效地氧化(hua)在(zai)光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)附(fu)近的(de)(de)(de)有(you)機(ji)物光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)。光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)/活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)界面(mian)(mian)(mian)面(mian)(mian)(mian)積和(he)兩種固體(ti)之間的(de)(de)(de)電(dian)荷(電(dian)子或(huo)空穴)轉(zhuan)移受(shou)到活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)(mian)化(hua)學(因(yin)此(ci)源材料和(he)活(huo)(huo)化(hua)過程)的(de)(de)(de)影響。因(yin)此(ci)，只有(you)特定(ding)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)PCO /在(zai)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)組合過程中引起協同效應。

　　在(zai)PCO在(zai)實驗中(zhong)(zhong)(zhong)，活性(xing)炭(tan)(tan)微晶中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)石墨(mo)烯層(ceng)結構也(ye)影(ying)響光催化TiO 2 /活性(xing)炭(tan)(tan)系統協同作(zuo)用程度。活性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)電導(dao)率越高，石墨(mo)烯層(ceng)紊亂越低(即(ji)與純石墨(mo)結構越近)。當活性(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)石墨(mo)微晶的(de)(de)電子(zi)(zi)半導(dao)體性(xing)足夠時，活性(xing)炭(tan)(tan)可以從接觸(chu)光中(zhong)(zhong)(zhong)轉移TiO 注入的(de)(de)電荷載(zai)流子(zi)(zi)粒子(zi)(zi)。添加(jia)特(te)定的(de)(de)活性(xing)炭(tan)(tan)類型PCO這(zhe)支持了光觸(chu)媒內空(kong)穴電子(zi)(zi)重組抑制的(de)(de)上(shang)述效(xiao)果。一般來說，活性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)特(te)性(xing)是(shi)PCO與活性(xing)炭(tan)(tan)吸附(fu)的(de)(de)協同作(zuo)用非常復雜(za)。

　　添(tian)加(jia)特(te)(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)會導致(zhi)TiO 2基(ji)酚PCO速率(lv)(lv)常數增加(jia)。因此，盡(jin)管使用不同(tong)類型的(de)(de)(de)不同(tong)類型UV燈與其(qi)它(ta)稍有不同(tong)的(de)(de)(de)實(shi)驗條件，但(dan)文獻(xian)中(zhong)(zhong)描述的(de)(de)(de)實(shi)驗可(ke)以再(zai)現(xian)。苯酚中(zhong)(zhong)有不同(tong)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)PCO中(zhong)(zhong)沒(mei)有產生任何(he)協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用，證實(shi)僅具有特(te)(te)定(ding)(ding)性(xing)(xing)質的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)能(neng)夠提高PCO速率(lv)(lv)常數。脂肪族(zu)化(hua)合物(wu)通(tong)過(guo)添(tian)加(jia)特(te)(te)殊活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和脂肪族(zu)化(hua)合物(wu)PCO由活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆(ke)(ke)粒引起的(de)(de)(de)光催化(hua)劑明顯遮(zhe)擋甚至被(bei)抑(yi)制。當檢測到協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用時，可(ke)能(neng)補償了抑(yi)制性(xing)(xing)陰影效(xiao)應。假設與特(te)(te)定(ding)(ding)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)添(tian)加(jia)的(de)(de)(de)協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用僅發生在芳族(zu)化(hua)合物(wu)中(zhong)(zhong)PCO中(zhong)(zhong)。他們的(de)(de)(de)π- π與活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆(ke)(ke)粒中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)石墨烯層或(huo)特(te)(te)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)官能(neng)表面(mian)基(ji)團(tuan)相互作(zuo)(zuo)用，可(ke)假定(ding)(ding)為協(xie)(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de)先決條件。

　　五重濃縮生(sheng)物(wu)(wu)預處(chu)理灰水(shui)(shui)PCO不受特(te)定活(huo)性(xing)炭添(tian)加(jia)的(de)(de)(de)抑制或增強。由于(yu)高比例(li)的(de)(de)(de)灰水(shui)(shui)有(you)機(ji)物(wu)(wu)不能吸附(fu)在(zai)活(huo)性(xing)炭上，因此可以防(fang)止廢水(shui)(shui)中(zhong)有(you)害(hai)物(wu)(wu)質（包括芳香族結(jie)構(gou)）的(de)(de)(de)協同(tong)作用(yong)。然而，將活(huo)性(xing)炭添(tian)加(jia)到生(sheng)物(wu)(wu)預處(chu)理灰水(shui)(shui)中(zhong)PCO由于(yu)有(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)吸附(fu)，因為有(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)吸附(fu)和去除增加(jia)了(le)光(guang)催化礦化的(de)(de)(de)去除。結(jie)果(guo)強調，實際廢水(shui)(shui)研究的(de)(de)(de)協同(tong)作用(yong)是(shi)(shi)重要(yao)的(de)(de)(de)，而不是(shi)(shi)苯酚等(deng)模型有(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)純(chun)水(shui)(shui)溶液。