活性炭吸附和異質光催化

　　本研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是(shi)(shi)評(ping)估在(zai)生物預處(chu)理的(de)(de)(de)灰(hui)水和(he)(he)極性脂(zhi)(zhi)肪(fang)族化(hua)(hua)(hua)合物極性脂(zhi)(zhi)肪(fang)族化(hua)(hua)(hua)合物光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)中(zhong)添(tian)加活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)是(shi)(shi)否具有(you)協同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，如以(yi)前(qian)用(yong)(yong)苯酚(fen)(fen)證明(ming)的(de)(de)(de)那樣(yang)。使用(yong)(yong)UV燈(deng)和(he)(he)光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)(yong)五倍濃縮的(de)(de)(de)生物預處(chu)理灰(hui)水和(he)(he)四(si)乙二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚(mi)水溶液記(ji)錄光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)動力學P25存(cun)(cun)在(zai)和(he)(he)無活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)。協同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)因(yin)子SF光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)率常(chang)數(shu)與無活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)在(zai)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)存(cun)(cun)在(zai)下的(de)(de)(de)速率常(chang)數(shu)之比。灰(hui)水濃縮物沒有(you)觀察到協同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(SF≈1)。對于(yu)脂(zhi)(zhi)肪(fang)族化(hua)(hua)(hua)合物，四(si)乙二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚(mi)，活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)添(tian)加實際上是(shi)(shi)光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具有(you)抑制作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，在(zai)苯酚(fen)(fen)水溶液的(de)(de)(de)參考實驗中(zhong)確認了(le)協同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。通過活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)對其(qi)有(you)機成分的(de)(de)(de)低吸(xi)附(fu)，可以(yi)解釋灰(hui)水濃縮物沒有(you)協同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。四(si)乙二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚(mi)的(de)(de)(de)光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)是(shi)(shi)由于(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)顆粒對光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)屏(ping)蔽(bi)。假設混合過程中(zhong)的(de)(de)(de)協同(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)僅限于(yu)芳香族有(you)機物。粉狀活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)添(tian)加有(you)利于(yu)有(you)機物的(de)(de)(de)附(fu)加吸(xi)附(fu)和(he)(he)去除，光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)導致活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)存(cun)(cun)在(zai)時(shi)有(you)機濃度降低60%紫外線照射(she)時(shi)間。

　　灰(hui)水(shui)比城市(shi)污水(shui)更好(hao)地(di)(di)再利(li)用，因為它(ta)與衛生(sheng)用水(shui)和(he)工業(ye)(ye)廢(fei)水(shui)分離，因為它(ta)含(han)有低(di)濃度的(de)(de)營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)、病原體和(he)危險的(de)(de)工業(ye)(ye)化學(xue)品。經過生(sheng)物(wu)處(chu)(chu)理，即使在低(di)技術過程(cheng)中(zhong)，如(ru)間歇供應(ying)地(di)(di)下垂直流建(jian)造的(de)(de)濕地(di)(di)，也會產(chan)生(sheng)總有機(ji)碳(TOC)濃度在5-15 mg L -1范圍(wei)內的(de)(de)流出物(wu)。此外，必須去除生(sheng)物(wu)處(chu)(chu)理灰(hui)水(shui)中(zhong)發(fa)現的(de)(de)有機(ji)微污染物(wu)。實(shi)現這些目標的(de)(de)可(ke)持續方法是太陽能異(yi)質(zhi)光催化氧化(PCO)懸浮在廢(fei)水(shui)中(zhong)的(de)(de)半導體顆粒的(de)(de)先進(jin)氧化過程(cheng)。

　　因此，有(you)(you)必要制定太陽(yang)能PCO策略更有(you)(you)效。很有(you)(you)前途的(de)(de)(de)技(ji)術是PCO結合活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭吸附。含苯(ben)酚(fen)模型(xing)廢(fei)水已(yi)經(jing)顯示出(chu)這種特定活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭類型(xing)的(de)(de)(de)存(cun)(cun)在(zai)，導致了(le)改善(shan)PCO常數(shu)為4-氯苯(ben)酚(fen)、咖啡酸、2、4-二(er)氯苯(ben)氧乙酸、氯丁(ding)酸。在(zai)PCO 活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭組合過程中觀察到的(de)(de)(de)協(xie)同(tong)(tong)作(zuo)用通常基于(yu)協(xie)同(tong)(tong)因子(SF)，存(cun)(cun)在(zai)下的(de)(de)(de)PCO速率常數(shu)(k PCO_活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭和活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭不(bu)存(cun)(cun)在(zai)(k PCO)的(de)(de)(de)比例：SF=k PCO_活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭/k PCO。

　　協同作(zuo)用的(de)(de)一個原因(yin)是(shi)有機分子從吸附(fu)劑到直接附(fu)著在活(huo)(huo)性(xing)炭上的(de)(de)光催(cui)化(hua)劑顆粒的(de)(de)短擴散(san)途徑。因(yin)此，已經發現了(le)PCO /活(huo)(huo)性(xing)炭混合工藝SF與(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭和光催(cui)化(hua)劑顆粒之(zhi)間的(de)(de)界面(mian)積(ji)有關。TiO 增(zeng)加了(le)與(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)界面(mian)接觸和協同作(zuo)用。但當接觸面(mian)積(ji)超過光催(cui)化(hua)劑總表面(mian)的(de)(de)50%時，協同效應降低(di)。

　　此(ci)(ci)外，活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)微晶表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)特定官能團(如羧甲酸或環醚(mi)基)被假(jia)位于(yu)TiO 2表(biao)(biao)面(mian)上的(de)(de)(de)(de)Ti中心(xin)]協(xie)調相(xiang)互作(zuo)用(yong)，特別是以(yi)銳鈦礦(kuang)的(de)(de)(de)(de)形式(shi)，主(zhu)要是TiO 2修(xiu)改(gai)P25。銳鈦礦(kuang)表(biao)(biao)現出(chu)比金紅石(shi)更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)氧原子(zi)空(kong)位(即氧配體缺陷)。的(de)(de)(de)(de)Ti電(dian)子(zi)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)和吸附劑(ji)由(you)含(han)氧活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)官能表(biao)(biao)面(mian)基團中心(xin)協(xie)調。假(jia)設光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)中的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)移(yi)動電(dian)子(zi)可以(yi)這樣轉(zhuan)移(yi)到(dao)相(xiang)鄰(lin)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)。因(yin)(yin)(yin)此(ci)(ci)，光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)內(nei)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)誘導電(dian)子(zi)和空(kong)穴(xue)的(de)(de)(de)(de)重組減(jian)少(shao)，導致孔的(de)(de)(de)(de)壽命延(yan)長(chang)，并且它們到(dao)達光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)可能性(xing)更(geng)高(gao)，從而更(geng)有效(xiao)地氧化(hua)(hua)(hua)(hua)在光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)附近(jin)的(de)(de)(de)(de)有機(ji)物光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)。光(guang)(guang)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)/活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)界面(mian)面(mian)積和兩(liang)種(zhong)固(gu)體之間的(de)(de)(de)(de)電(dian)荷(電(dian)子(zi)或空(kong)穴(xue))轉(zhuan)移(yi)受到(dao)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(因(yin)(yin)(yin)此(ci)(ci)源材料和活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng))的(de)(de)(de)(de)影響。因(yin)(yin)(yin)此(ci)(ci)，只有特定的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)PCO /在活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)組合過程(cheng)中引(yin)起協(xie)同效(xiao)應。

　　在(zai)PCO在(zai)實驗中，活(huo)性(xing)炭(tan)微(wei)晶(jing)中的(de)石(shi)(shi)(shi)墨烯層(ceng)結構也影響光催化(hua)TiO 2 /活(huo)性(xing)炭(tan)系(xi)統(tong)協同作用程度。活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)電(dian)導率越(yue)高，石(shi)(shi)(shi)墨烯層(ceng)紊亂越(yue)低(di)(即與(yu)純石(shi)(shi)(shi)墨結構越(yue)近)。當活(huo)性(xing)炭(tan)中石(shi)(shi)(shi)墨微(wei)晶(jing)的(de)電(dian)子(zi)(zi)半(ban)導體性(xing)足夠(gou)時，活(huo)性(xing)炭(tan)可以從接觸光中轉移TiO 注入的(de)電(dian)荷載(zai)流(liu)子(zi)(zi)粒子(zi)(zi)。添加特(te)定的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)類型PCO這支持(chi)了光觸媒內空穴電(dian)子(zi)(zi)重(zhong)組抑制的(de)上述(shu)效果。一(yi)般來說(shuo)，活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)特(te)性(xing)是(shi)PCO與(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)吸附(fu)的(de)協同作用非常(chang)復雜(za)。

　　添加(jia)(jia)特(te)(te)(te)定(ding)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)會(hui)導致TiO 2基酚PCO速率(lv)常數增加(jia)(jia)。因此，盡管使(shi)用(yong)不(bu)(bu)同(tong)類型的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)類型UV燈(deng)與其(qi)它(ta)稍有(you)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)實(shi)驗條件，但(dan)文獻(xian)中(zhong)描述的(de)(de)(de)實(shi)驗可以(yi)再(zai)現。苯酚中(zhong)有(you)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)PCO中(zhong)沒有(you)產生(sheng)任何協同(tong)作用(yong)，證實(shi)僅具有(you)特(te)(te)(te)定(ding)性質(zhi)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)能夠(gou)提高PCO速率(lv)常數。脂肪族(zu)化合(he)物(wu)(wu)通過(guo)添加(jia)(jia)特(te)(te)(te)殊活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)和脂肪族(zu)化合(he)物(wu)(wu)PCO由活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)顆(ke)粒(li)(li)引起(qi)的(de)(de)(de)光(guang)催化劑明顯(xian)遮擋甚至被抑制(zhi)(zhi)。當檢測到協同(tong)作用(yong)時，可能補償了(le)抑制(zhi)(zhi)性陰影效應(ying)。假設與特(te)(te)(te)定(ding)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)添加(jia)(jia)的(de)(de)(de)協同(tong)作用(yong)僅發(fa)生(sheng)在芳族(zu)化合(he)物(wu)(wu)中(zhong)PCO中(zhong)。他們的(de)(de)(de)π- π與活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)顆(ke)粒(li)(li)中(zhong)的(de)(de)(de)石墨烯層或特(te)(te)(te)定(ding)的(de)(de)(de)官能表面基團相互作用(yong)，可假定(ding)為(wei)協同(tong)作用(yong)的(de)(de)(de)先決條件。

　　五重(zhong)濃縮(suo)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)預處理灰水(shui)PCO不受特定活(huo)性(xing)炭(tan)添(tian)加(jia)(jia)的抑(yi)制(zhi)或增(zeng)強。由于高比例的灰水(shui)有(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)不能(neng)吸附(fu)在活(huo)性(xing)炭(tan)上，因(yin)此可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)廢水(shui)中有(you)害(hai)物(wu)(wu)(wu)(wu)質（包括芳香族結構）的協(xie)(xie)同作用。然(ran)而(er)(er)，將活(huo)性(xing)炭(tan)添(tian)加(jia)(jia)到生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)預處理灰水(shui)中PCO由于有(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)的吸附(fu)，因(yin)為有(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)的吸附(fu)和去(qu)除增(zeng)加(jia)(jia)了光催化礦化的去(qu)除。結果強調(diao)，實際廢水(shui)研(yan)究的協(xie)(xie)同作用是重(zhong)要的，而(er)(er)不是苯酚等模型有(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)的純水(shui)溶液(ye)。