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)是評估在生物預處理的(de)(de)(de)灰(hui)(hui)水和(he)(he)極(ji)性(xing)(xing)(xing)脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)(hua)合(he)(he)物極(ji)性(xing)(xing)(xing)脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)(hua)合(he)(he)物光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)中(zhong)添(tian)加(jia)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭是否具有(you)協(xie)同(tong)(tong)(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，如以(yi)(yi)前(qian)用(yong)(yong)苯酚證明(ming)的(de)(de)(de)那樣。使用(yong)(yong)UV燈和(he)(he)光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)TiO 2.用(yong)(yong)五倍濃縮(suo)的(de)(de)(de)生物預處理灰(hui)(hui)水和(he)(he)四(si)乙(yi)二醇二甲(jia)醚水溶(rong)液(ye)記錄光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)動(dong)力學(xue)P25存(cun)在和(he)(he)無活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭。協(xie)同(tong)(tong)(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)因子SF光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)率常數(shu)與無活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭在活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭存(cun)在下的(de)(de)(de)速率常數(shu)之(zhi)比。灰(hui)(hui)水濃縮(suo)物沒(mei)有(you)觀(guan)察到協(xie)同(tong)(tong)(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(SF≈1)。對(dui)于脂(zhi)肪族(zu)(zu)化(hua)(hua)合(he)(he)物，四(si)乙(yi)二醇二甲(jia)醚，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)添(tian)加(jia)實際上是光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(SF (一)具有(you)抑制(zhi)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，在苯酚水溶(rong)液(ye)的(de)(de)(de)參考實驗中(zhong)確認了協(xie)同(tong)(tong)(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。通過活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭對(dui)其有(you)機(ji)(ji)成(cheng)分的(de)(de)(de)低吸附(fu)(fu)，可以(yi)(yi)解釋灰(hui)(hui)水濃縮(suo)物沒(mei)有(you)協(xie)同(tong)(tong)(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。四(si)乙(yi)二醇二甲(jia)醚的(de)(de)(de)光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)是由于活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭顆粒對(dui)光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)屏蔽(bi)。假設(she)混合(he)(he)過程中(zhong)的(de)(de)(de)協(xie)同(tong)(tong)(tong)(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)僅(jin)限于芳香(xiang)族(zu)(zu)有(you)機(ji)(ji)物。粉狀活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)添(tian)加(jia)有(you)利于有(you)機(ji)(ji)物的(de)(de)(de)附(fu)(fu)加(jia)吸附(fu)(fu)和(he)(he)去除，光(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)導致活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭存(cun)在時(shi)有(you)機(ji)(ji)濃度降低60%紫外線照射時(shi)間。

　　灰水比城市污水更好地(di)再利用，因為(wei)它與(yu)衛生(sheng)用水和(he)工業(ye)廢(fei)水分離，因為(wei)它含有低濃度(du)的(de)(de)(de)營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)、病原體(ti)(ti)和(he)危(wei)險的(de)(de)(de)工業(ye)化學品。經過(guo)生(sheng)物(wu)處理，即使在低技(ji)術過(guo)程中，如(ru)間歇供應地(di)下垂(chui)直(zhi)流(liu)建(jian)造的(de)(de)(de)濕地(di)，也會產生(sheng)總有機碳(tan)(TOC)濃度(du)在5-15 mg L -1范圍(wei)內的(de)(de)(de)流(liu)出物(wu)。此(ci)外，必須去除生(sheng)物(wu)處理灰水中發現(xian)的(de)(de)(de)有機微污染物(wu)。實現(xian)這些目標的(de)(de)(de)可持續方法(fa)是太陽能異質(zhi)光催(cui)化氧化(PCO)懸浮在廢(fei)水中的(de)(de)(de)半導體(ti)(ti)顆粒的(de)(de)(de)先進氧化過(guo)程。

　　因(yin)(yin)此(ci)，有必要制(zhi)定太陽能(neng)PCO策略更有效。很有前(qian)途的(de)(de)技(ji)術是PCO結合(he)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)吸附(fu)。含苯(ben)酚(fen)模型廢水已經顯示(shi)出這種特(te)定活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)類型的(de)(de)存(cun)(cun)(cun)在(zai)，導致了改善PCO常數為(wei)4-氯(lv)苯(ben)酚(fen)、咖啡酸、2、4-二氯(lv)苯(ben)氧(yang)乙酸、氯(lv)丁(ding)酸。在(zai)PCO 活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)組合(he)過程中觀察到的(de)(de)協(xie)同作用通常基于(yu)協(xie)同因(yin)(yin)子(SF)，存(cun)(cun)(cun)在(zai)下的(de)(de)PCO速率(lv)常數(k PCO_活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)不(bu)存(cun)(cun)(cun)在(zai)(k PCO)的(de)(de)比(bi)例：SF=k PCO_活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)/k PCO。

　　協同作用的(de)一個(ge)原因(yin)是有機分(fen)子從吸附(fu)劑(ji)到直接附(fu)著在活(huo)性炭上(shang)的(de)光催(cui)化(hua)劑(ji)顆(ke)粒(li)的(de)短擴(kuo)散途(tu)徑。因(yin)此，已(yi)經發(fa)現(xian)了(le)PCO /活(huo)性炭混(hun)合工藝SF與活(huo)性炭和光催(cui)化(hua)劑(ji)顆(ke)粒(li)之間的(de)界面(mian)積有關。TiO 增加了(le)與活(huo)性炭的(de)界面(mian)接觸和協同作用。但當接觸面(mian)積超過光催(cui)化(hua)劑(ji)總表面(mian)的(de)50%時，協同效應降(jiang)低。

　　此(ci)外，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)微(wei)晶表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)特定(ding)官能(neng)團(tuan)(tuan)(如羧甲酸或環(huan)醚基)被假(jia)位于TiO 2表(biao)(biao)面(mian)上的(de)(de)(de)(de)Ti中(zhong)心]協(xie)調相(xiang)互(hu)作用，特別是以銳鈦礦(kuang)的(de)(de)(de)(de)形(xing)式，主要是TiO 2修改P25。銳鈦礦(kuang)表(biao)(biao)現出比金紅石更(geng)高的(de)(de)(de)(de)氧(yang)原子(zi)(zi)空位(即(ji)氧(yang)配(pei)體缺陷)。的(de)(de)(de)(de)Ti電子(zi)(zi)光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)和吸附(fu)劑(ji)由含氧(yang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)官能(neng)表(biao)(biao)面(mian)基團(tuan)(tuan)中(zhong)心協(xie)調。假(jia)設(she)光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)移動電子(zi)(zi)可(ke)以這樣轉移到(dao)相(xiang)鄰的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)。因(yin)(yin)(yin)此(ci)，光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)內的(de)(de)(de)(de)光(guang)誘導電子(zi)(zi)和空穴的(de)(de)(de)(de)重組減(jian)少，導致孔的(de)(de)(de)(de)壽命(ming)延長(chang)，并且它們到(dao)達光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)可(ke)能(neng)性(xing)(xing)更(geng)高，從而更(geng)有效地氧(yang)化(hua)(hua)在(zai)光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)附(fu)近(jin)的(de)(de)(de)(de)有機(ji)物光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)。光(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)/活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)界(jie)面(mian)面(mian)積和兩種固體之間的(de)(de)(de)(de)電荷(he)(電子(zi)(zi)或空穴)轉移受到(dao)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)面(mian)化(hua)(hua)學(因(yin)(yin)(yin)此(ci)源材(cai)料和活(huo)化(hua)(hua)過(guo)程)的(de)(de)(de)(de)影響。因(yin)(yin)(yin)此(ci)，只有特定(ding)的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)PCO /在(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)組合(he)過(guo)程中(zhong)引起協(xie)同效應。

　　在(zai)PCO在(zai)實驗中(zhong)(zhong)，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)微(wei)晶中(zhong)(zhong)的石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)層結(jie)構也影響光催化TiO 2 /活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)系統協同(tong)作用(yong)程度。活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的電(dian)導率越(yue)高(gao)，石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)層紊亂越(yue)低(即與純石(shi)墨(mo)(mo)結(jie)構越(yue)近)。當活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)(zhong)石(shi)墨(mo)(mo)微(wei)晶的電(dian)子(zi)(zi)半導體性(xing)(xing)(xing)足夠時，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)可以從接(jie)觸光中(zhong)(zhong)轉移TiO 注入的電(dian)荷載流(liu)子(zi)(zi)粒子(zi)(zi)。添加(jia)特定的活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)類(lei)型PCO這支持了光觸媒內空穴電(dian)子(zi)(zi)重(zhong)組抑制的上(shang)述效果(guo)。一(yi)般來(lai)說，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的特性(xing)(xing)(xing)是PCO與活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)吸附的協同(tong)作用(yong)非(fei)常復雜。

　　添加(jia)(jia)特(te)(te)(te)定的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)會(hui)導致TiO 2基酚(fen)PCO速率(lv)常數增加(jia)(jia)。因(yin)此，盡管(guan)使用(yong)(yong)不(bu)同(tong)(tong)類型的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)類型UV燈與(yu)其(qi)它(ta)稍(shao)有不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)實(shi)驗條(tiao)件，但(dan)文獻中描述的(de)(de)(de)實(shi)驗可以再現(xian)。苯酚(fen)中有不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)PCO中沒有產生(sheng)任何協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)，證實(shi)僅具(ju)有特(te)(te)(te)定性(xing)(xing)質的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)(neng)夠提(ti)高PCO速率(lv)常數。脂(zhi)肪族(zu)化(hua)合物通過添加(jia)(jia)特(te)(te)(te)殊活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和脂(zhi)肪族(zu)化(hua)合物PCO由活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)顆(ke)粒引起的(de)(de)(de)光催化(hua)劑(ji)明顯遮(zhe)擋甚至被(bei)抑制(zhi)。當檢(jian)測到協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)時，可能(neng)(neng)補償了抑制(zhi)性(xing)(xing)陰影效應(ying)。假設與(yu)特(te)(te)(te)定活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)添加(jia)(jia)的(de)(de)(de)協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)僅發生(sheng)在芳族(zu)化(hua)合物中PCO中。他們的(de)(de)(de)π- π與(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)顆(ke)粒中的(de)(de)(de)石(shi)墨烯層或特(te)(te)(te)定的(de)(de)(de)官能(neng)(neng)表面(mian)基團相互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)，可假定為協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)先決條(tiao)件。

　　五重濃縮生(sheng)物(wu)(wu)預處理灰(hui)(hui)水(shui)PCO不受特(te)定(ding)活(huo)(huo)性炭添加的(de)(de)抑制或(huo)增(zeng)強。由于高比例的(de)(de)灰(hui)(hui)水(shui)有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)不能吸(xi)附在(zai)活(huo)(huo)性炭上，因(yin)此可以(yi)防止廢水(shui)中(zhong)有(you)(you)(you)害物(wu)(wu)質（包括芳香族結構）的(de)(de)協(xie)同(tong)作用。然而，將活(huo)(huo)性炭添加到生(sheng)物(wu)(wu)預處理灰(hui)(hui)水(shui)中(zhong)PCO由于有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附，因(yin)為有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附和(he)去(qu)除(chu)增(zeng)加了光催(cui)化礦化的(de)(de)去(qu)除(chu)。結果強調，實際(ji)廢水(shui)研究的(de)(de)協(xie)同(tong)作用是重要的(de)(de)，而不是苯(ben)酚(fen)等模型有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)純(chun)水(shui)溶液。