活性炭吸附和異質光催化

　　本研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)評估在生物預處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)灰水(shui)(shui)和(he)極性(xing)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物極性(xing)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)中添加活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)是(shi)否具有(you)(you)(you)協(xie)同(tong)(tong)作用，如以前(qian)用苯酚(fen)證明的(de)(de)(de)(de)(de)(de)那樣。使用UV燈(deng)和(he)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用五倍濃縮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生物預處(chu)理(li)灰水(shui)(shui)和(he)四乙二(er)醇(chun)二(er)甲醚(mi)水(shui)(shui)溶液(ye)記錄光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)動力學P25存在和(he)無(wu)(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)。協(xie)同(tong)(tong)作用因子SF光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率常數與無(wu)(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)存在下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速率常數之比。灰水(shui)(shui)濃縮物沒有(you)(you)(you)觀察到協(xie)同(tong)(tong)作用(SF≈1)。對(dui)于(yu)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物，四乙二(er)醇(chun)二(er)甲醚(mi)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)添加實(shi)際上是(shi)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具有(you)(you)(you)抑制作用，在苯酚(fen)水(shui)(shui)溶液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)參考實(shi)驗中確認了協(xie)同(tong)(tong)作用。通過(guo)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)對(dui)其有(you)(you)(you)機成(cheng)分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)低吸(xi)附(fu)，可以解釋灰水(shui)(shui)濃縮物沒有(you)(you)(you)協(xie)同(tong)(tong)作用。四乙二(er)醇(chun)二(er)甲醚(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)由于(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)顆粒對(dui)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)屏(ping)蔽。假設(she)混合過(guo)程中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)同(tong)(tong)作用僅限于(yu)芳香族有(you)(you)(you)機物。粉狀活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)添加有(you)(you)(you)利(li)于(yu)有(you)(you)(you)機物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)附(fu)加吸(xi)附(fu)和(he)去(qu)除，光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)導致(zhi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)存在時有(you)(you)(you)機濃度(du)降低60%紫外線照射時間。

　　灰水(shui)比城市(shi)污水(shui)更好地再利(li)用，因為它與衛(wei)生(sheng)用水(shui)和(he)工業廢水(shui)分離，因為它含有(you)低(di)(di)濃度的(de)營養物(wu)質(zhi)、病原體和(he)危險(xian)的(de)工業化學品。經過生(sheng)物(wu)處理，即(ji)使在(zai)低(di)(di)技術過程中，如間歇(xie)供應地下垂直流建造的(de)濕地，也會產生(sheng)總(zong)有(you)機(ji)碳(TOC)濃度在(zai)5-15 mg L -1范圍內的(de)流出物(wu)。此外(wai)，必須去除生(sheng)物(wu)處理灰水(shui)中發(fa)現的(de)有(you)機(ji)微污染物(wu)。實(shi)現這些目標的(de)可(ke)持續(xu)方(fang)法是(shi)太陽能異質(zhi)光催化氧(yang)化(PCO)懸浮(fu)在(zai)廢水(shui)中的(de)半導體顆粒(li)的(de)先進(jin)氧(yang)化過程。

　　因此，有(you)必要(yao)制(zhi)定太陽能PCO策略(lve)更有(you)效。很(hen)有(you)前途的(de)(de)(de)技術(shu)是PCO結合活性(xing)(xing)炭吸附。含(han)苯酚模(mo)型廢水(shui)已經顯(xian)示出這(zhe)種特定活性(xing)(xing)炭類型的(de)(de)(de)存在(zai)，導致了改(gai)善PCO常數為4-氯苯酚、咖啡酸、2、4-二(er)氯苯氧乙酸、氯丁酸。在(zai)PCO 活性(xing)(xing)炭組合過程中觀察(cha)到(dao)的(de)(de)(de)協同(tong)作用通常基于協同(tong)因子(zi)(SF)，存在(zai)下的(de)(de)(de)PCO速率常數(k PCO_活性(xing)(xing)炭和活性(xing)(xing)炭不存在(zai)(k PCO)的(de)(de)(de)比例：SF=k PCO_活性(xing)(xing)炭/k PCO。

　　協同作(zuo)用的(de)(de)一(yi)個原因(yin)是(shi)有機分子從(cong)吸附劑到直接附著在(zai)活性(xing)(xing)炭上的(de)(de)光催(cui)化(hua)劑顆粒的(de)(de)短擴散途徑。因(yin)此(ci)，已經發(fa)現了PCO /活性(xing)(xing)炭混(hun)合工藝SF與活性(xing)(xing)炭和(he)(he)光催(cui)化(hua)劑顆粒之間的(de)(de)界面(mian)積有關。TiO 增(zeng)加了與活性(xing)(xing)炭的(de)(de)界面(mian)接觸(chu)和(he)(he)協同作(zuo)用。但當接觸(chu)面(mian)積超過光催(cui)化(hua)劑總表(biao)面(mian)的(de)(de)50%時，協同效應降低。

　　此(ci)(ci)外，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)微晶表面(mian)的(de)(de)(de)特定(ding)官能團(tuan)(tuan)(如羧甲酸或環醚基)被假位于TiO 2表面(mian)上的(de)(de)(de)Ti中心]協調相互作用，特別是(shi)以銳鈦礦的(de)(de)(de)形式(shi)，主要是(shi)TiO 2修改P25。銳鈦礦表現(xian)出比金紅石更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)氧(yang)原子空位(即氧(yang)配體(ti)缺陷(xian))。的(de)(de)(de)Ti電(dian)(dian)子光(guang)(guang)催(cui)化劑(ji)和(he)(he)吸(xi)附劑(ji)由含(han)氧(yang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)官能表面(mian)基團(tuan)(tuan)中心協調。假設(she)光(guang)(guang)催(cui)化劑(ji)中的(de)(de)(de)光(guang)(guang)移動電(dian)(dian)子可以這(zhe)樣轉(zhuan)(zhuan)移到相鄰(lin)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)。因(yin)此(ci)(ci)，光(guang)(guang)催(cui)化劑(ji)內的(de)(de)(de)光(guang)(guang)誘導(dao)電(dian)(dian)子和(he)(he)空穴的(de)(de)(de)重組減少，導(dao)致孔的(de)(de)(de)壽命延長(chang)，并且它們到達光(guang)(guang)催(cui)化劑(ji)表面(mian)的(de)(de)(de)可能性(xing)(xing)更(geng)高(gao)，從(cong)而更(geng)有效地氧(yang)化在光(guang)(guang)催(cui)化劑(ji)附近的(de)(de)(de)有機物光(guang)(guang)催(cui)化劑(ji)。光(guang)(guang)催(cui)化劑(ji)/活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)界(jie)面(mian)面(mian)積和(he)(he)兩種固(gu)體(ti)之間的(de)(de)(de)電(dian)(dian)荷(電(dian)(dian)子或空穴)轉(zhuan)(zhuan)移受到活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)化學(因(yin)此(ci)(ci)源(yuan)材料和(he)(he)活(huo)化過(guo)(guo)程)的(de)(de)(de)影響。因(yin)此(ci)(ci)，只有特定(ding)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)PCO /在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)組合過(guo)(guo)程中引起協同效應。

　　在PCO在實(shi)驗中(zhong)，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭微(wei)晶(jing)中(zhong)的石墨烯層結構也影響光(guang)催化TiO 2 /活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭系(xi)統協(xie)同(tong)作用(yong)(yong)程度。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的電導率越(yue)高(gao)，石墨烯層紊亂越(yue)低(即與純石墨結構越(yue)近)。當活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭中(zhong)石墨微(wei)晶(jing)的電子(zi)半導體性(xing)(xing)(xing)足夠時，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭可(ke)以(yi)從接觸(chu)(chu)光(guang)中(zhong)轉移TiO 注入的電荷載流子(zi)粒(li)子(zi)。添加特(te)定的活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭類型PCO這支持(chi)了光(guang)觸(chu)(chu)媒內空穴電子(zi)重組抑(yi)制的上述效(xiao)果(guo)。一般來說，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的特(te)性(xing)(xing)(xing)是PCO與活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭吸附的協(xie)同(tong)作用(yong)(yong)非常復雜(za)。

　　添(tian)加特定(ding)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)會導(dao)致TiO 2基酚PCO速率(lv)常(chang)數增(zeng)加。因(yin)此，盡管使用(yong)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)類(lei)型(xing)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)類(lei)型(xing)UV燈與其它(ta)稍(shao)有不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)實(shi)驗條件(jian)，但文獻中描述(shu)的(de)(de)(de)實(shi)驗可以再(zai)現。苯酚中有不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)PCO中沒有產生(sheng)(sheng)任何協同(tong)(tong)作用(yong)，證實(shi)僅具(ju)有特定(ding)性(xing)(xing)(xing)質的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)能夠提(ti)高PCO速率(lv)常(chang)數。脂(zhi)肪族化(hua)(hua)合(he)物(wu)通過添(tian)加特殊活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)和(he)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)合(he)物(wu)PCO由活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)顆(ke)粒引起的(de)(de)(de)光催化(hua)(hua)劑明顯遮擋(dang)甚至(zhi)被抑制(zhi)(zhi)。當(dang)檢測到(dao)協同(tong)(tong)作用(yong)時，可能補償了(le)抑制(zhi)(zhi)性(xing)(xing)(xing)陰影效應。假(jia)設(she)與特定(ding)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)添(tian)加的(de)(de)(de)協同(tong)(tong)作用(yong)僅發生(sheng)(sheng)在芳族化(hua)(hua)合(he)物(wu)中PCO中。他們(men)的(de)(de)(de)π- π與活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)顆(ke)粒中的(de)(de)(de)石墨烯層或特定(ding)的(de)(de)(de)官能表面基團(tuan)相(xiang)互(hu)作用(yong)，可假(jia)定(ding)為協同(tong)(tong)作用(yong)的(de)(de)(de)先決條件(jian)。

　　五重濃縮(suo)生物(wu)(wu)(wu)預(yu)(yu)處理灰(hui)水(shui)(shui)PCO不(bu)(bu)受特定活性炭(tan)添加(jia)(jia)(jia)的(de)抑制或(huo)增(zeng)(zeng)強(qiang)。由于高比例(li)的(de)灰(hui)水(shui)(shui)有機(ji)(ji)物(wu)(wu)(wu)不(bu)(bu)能吸(xi)附(fu)在(zai)活性炭(tan)上，因(yin)(yin)此(ci)可以防(fang)止廢(fei)水(shui)(shui)中有害(hai)物(wu)(wu)(wu)質（包括芳香族結構）的(de)協(xie)同作用(yong)。然而，將活性炭(tan)添加(jia)(jia)(jia)到生物(wu)(wu)(wu)預(yu)(yu)處理灰(hui)水(shui)(shui)中PCO由于有機(ji)(ji)物(wu)(wu)(wu)的(de)吸(xi)附(fu)，因(yin)(yin)為有機(ji)(ji)物(wu)(wu)(wu)的(de)吸(xi)附(fu)和去除增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)了(le)光催化(hua)礦化(hua)的(de)去除。結果強(qiang)調，實際廢(fei)水(shui)(shui)研究的(de)協(xie)同作用(yong)是(shi)重要(yao)的(de)，而不(bu)(bu)是(shi)苯酚等模型有機(ji)(ji)物(wu)(wu)(wu)的(de)純水(shui)(shui)溶液(ye)。