活性炭吸附和異質光催化

　　本研究(jiu)的(de)目的(de)是(shi)(shi)評估在生(sheng)物(wu)(wu)(wu)預處(chu)理的(de)灰(hui)(hui)水(shui)和極性脂肪(fang)族化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu)極性脂肪(fang)族化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)中(zhong)添加(jia)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)是(shi)(shi)否具(ju)有(you)協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)，如以前用(yong)(yong)苯酚證明的(de)那樣。使用(yong)(yong)UV燈和光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑TiO 2.用(yong)(yong)五倍濃(nong)(nong)縮(suo)的(de)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)預處(chu)理灰(hui)(hui)水(shui)和四乙(yi)二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚水(shui)溶(rong)液記錄(lu)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)動力學P25存(cun)在和無活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)。協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)因子SF光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)率常數與(yu)無活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)在活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)存(cun)在下的(de)速率常數之比(bi)。灰(hui)(hui)水(shui)濃(nong)(nong)縮(suo)物(wu)(wu)(wu)沒有(you)觀(guan)察到協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(SF≈1)。對(dui)于(yu)(yu)脂肪(fang)族化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu)，四乙(yi)二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚，活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)添加(jia)實際上是(shi)(shi)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(SF (一)具(ju)有(you)抑制作(zuo)用(yong)(yong)，在苯酚水(shui)溶(rong)液的(de)參考(kao)實驗中(zhong)確認了協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)。通(tong)過活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)對(dui)其(qi)有(you)機(ji)成分的(de)低吸附(fu)，可(ke)以解釋灰(hui)(hui)水(shui)濃(nong)(nong)縮(suo)物(wu)(wu)(wu)沒有(you)協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)。四乙(yi)二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚的(de)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)(shi)由(you)于(yu)(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)顆粒(li)對(dui)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)屏蔽。假(jia)設混合過程中(zhong)的(de)協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)僅限于(yu)(yu)芳香族有(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)。粉(fen)狀活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)添加(jia)有(you)利(li)于(yu)(yu)有(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)的(de)附(fu)加(jia)吸附(fu)和去除，光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)導致活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)存(cun)在時有(you)機(ji)濃(nong)(nong)度降低60%紫外線照(zhao)射時間。

　　灰(hui)水比城市污(wu)水更好地(di)(di)再利(li)用，因(yin)(yin)為它(ta)與(yu)衛生(sheng)用水和工業廢(fei)水分離(li)，因(yin)(yin)為它(ta)含有(you)(you)低(di)濃度(du)(du)的(de)營養(yang)物(wu)(wu)質(zhi)、病原體和危(wei)險的(de)工業化學品。經過生(sheng)物(wu)(wu)處理，即使在低(di)技術過程中(zhong)，如間歇供(gong)應地(di)(di)下垂(chui)直流(liu)建造的(de)濕地(di)(di)，也(ye)會產生(sheng)總(zong)有(you)(you)機碳(TOC)濃度(du)(du)在5-15 mg L -1范圍內的(de)流(liu)出(chu)物(wu)(wu)。此外，必(bi)須(xu)去除生(sheng)物(wu)(wu)處理灰(hui)水中(zhong)發現(xian)的(de)有(you)(you)機微污(wu)染物(wu)(wu)。實(shi)現(xian)這(zhe)些目(mu)標的(de)可持續(xu)方法(fa)是太陽能異質(zhi)光催(cui)化氧化(PCO)懸浮在廢(fei)水中(zhong)的(de)半導體顆粒(li)的(de)先進氧化過程。

　　因此，有必要制(zhi)定(ding)太(tai)陽(yang)能PCO策略更有效。很有前途的(de)(de)技術是PCO結合活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)吸附。含(han)苯(ben)酚模型廢水已經(jing)顯示出這種特定(ding)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)類型的(de)(de)存(cun)在(zai)，導(dao)致了改善(shan)PCO常數為(wei)4-氯苯(ben)酚、咖(ka)啡酸(suan)、2、4-二氯苯(ben)氧乙酸(suan)、氯丁酸(suan)。在(zai)PCO 活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)組(zu)合過(guo)程中觀察到的(de)(de)協同作用通常基于協同因子(SF)，存(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)在(zai)(k PCO)的(de)(de)比例：SF=k PCO_活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)/k PCO。

　　協(xie)同作用的(de)一個原因是有(you)機(ji)分子從吸附劑到直接附著(zhu)在活(huo)(huo)性炭上(shang)的(de)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑顆(ke)粒的(de)短擴散途徑。因此，已經發現了PCO /活(huo)(huo)性炭混合(he)工(gong)藝(yi)SF與活(huo)(huo)性炭和(he)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑顆(ke)粒之間的(de)界(jie)面(mian)積有(you)關。TiO 增加了與活(huo)(huo)性炭的(de)界(jie)面(mian)接觸和(he)協(xie)同作用。但當接觸面(mian)積超(chao)過光(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑總表面(mian)的(de)50%時，協(xie)同效應降低(di)。

　　此外，活(huo)性炭(tan)微晶表(biao)(biao)面(mian)的(de)特定官能團(tuan)(如羧甲酸(suan)或(huo)環醚基)被假(jia)位(wei)于TiO 2表(biao)(biao)面(mian)上的(de)Ti中心]協調(diao)相互作用，特別是(shi)以(yi)銳(rui)鈦(tai)礦的(de)形式，主要是(shi)TiO 2修改P25。銳(rui)鈦(tai)礦表(biao)(biao)現出比金紅石更(geng)高(gao)的(de)氧(yang)(yang)原子(zi)(zi)(zi)空(kong)位(wei)(即(ji)氧(yang)(yang)配體缺陷)。的(de)Ti電子(zi)(zi)(zi)光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)和(he)(he)吸(xi)附(fu)劑(ji)由含氧(yang)(yang)活(huo)性炭(tan)官能表(biao)(biao)面(mian)基團(tuan)中心協調(diao)。假(jia)設光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)中的(de)光(guang)(guang)移動電子(zi)(zi)(zi)可以(yi)這(zhe)樣轉移到(dao)(dao)(dao)相鄰(lin)的(de)活(huo)性炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)。因(yin)(yin)此，光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)內的(de)光(guang)(guang)誘(you)導(dao)電子(zi)(zi)(zi)和(he)(he)空(kong)穴的(de)重(zhong)組減少，導(dao)致孔的(de)壽命延(yan)長(chang)，并(bing)且它們到(dao)(dao)(dao)達(da)光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)表(biao)(biao)面(mian)的(de)可能性更(geng)高(gao)，從而更(geng)有(you)(you)(you)效地氧(yang)(yang)化在(zai)光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)附(fu)近的(de)有(you)(you)(you)機物光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)。光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化劑(ji)/活(huo)性炭(tan)界面(mian)面(mian)積和(he)(he)兩種(zhong)固體之間的(de)電荷(he)(電子(zi)(zi)(zi)或(huo)空(kong)穴)轉移受(shou)到(dao)(dao)(dao)活(huo)性炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)化學(因(yin)(yin)此源材(cai)料和(he)(he)活(huo)化過程)的(de)影響。因(yin)(yin)此，只有(you)(you)(you)特定的(de)活(huo)性炭(tan)PCO /在(zai)活(huo)性炭(tan)組合過程中引起協同效應。

　　在PCO在實驗(yan)中(zhong)，活性(xing)炭(tan)微晶(jing)(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)石墨烯層(ceng)結構也(ye)影響(xiang)光(guang)催化TiO 2 /活性(xing)炭(tan)系統協同作用程度。活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)電(dian)導(dao)率越(yue)高，石墨烯層(ceng)紊亂越(yue)低(di)(即與純石墨結構越(yue)近)。當活性(xing)炭(tan)中(zhong)石墨微晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)電(dian)子(zi)半導(dao)體性(xing)足夠時，活性(xing)炭(tan)可以從(cong)接觸光(guang)中(zhong)轉(zhuan)移TiO 注入的(de)(de)(de)(de)電(dian)荷載(zai)流子(zi)粒(li)子(zi)。添加特定(ding)的(de)(de)(de)(de)活性(xing)炭(tan)類(lei)型(xing)PCO這支持了光(guang)觸媒內空穴電(dian)子(zi)重(zhong)組抑制的(de)(de)(de)(de)上述效果。一般來說(shuo)，活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)特性(xing)是(shi)PCO與活性(xing)炭(tan)吸附(fu)的(de)(de)(de)(de)協同作用非常復雜。

　　添加特(te)(te)定的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)會導(dao)致TiO 2基(ji)酚PCO速率(lv)常數(shu)增加。因此，盡管使用不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)類(lei)型的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)類(lei)型UV燈與其它稍有不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)實(shi)驗條件(jian)，但文獻中描(miao)述的(de)(de)實(shi)驗可(ke)(ke)以(yi)再現。苯酚中有不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)PCO中沒有產生(sheng)任何協同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用，證實(shi)僅具有特(te)(te)定性(xing)質的(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)能夠提高PCO速率(lv)常數(shu)。脂(zhi)肪族(zu)化(hua)(hua)合物(wu)通(tong)過(guo)添加特(te)(te)殊活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)和脂(zhi)肪族(zu)化(hua)(hua)合物(wu)PCO由(you)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)顆粒(li)引起(qi)的(de)(de)光催(cui)化(hua)(hua)劑明(ming)顯遮擋甚至被抑制。當(dang)檢(jian)測到協同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用時，可(ke)(ke)能補(bu)償了(le)抑制性(xing)陰影效應。假(jia)設與特(te)(te)定活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)添加的(de)(de)協同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用僅發(fa)生(sheng)在芳族(zu)化(hua)(hua)合物(wu)中PCO中。他們的(de)(de)π- π與活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)顆粒(li)中的(de)(de)石墨(mo)烯層(ceng)或(huo)特(te)(te)定的(de)(de)官(guan)能表面基(ji)團相互作(zuo)用，可(ke)(ke)假(jia)定為協同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用的(de)(de)先(xian)決條件(jian)。

　　五(wu)重濃縮生物(wu)預處(chu)理灰水(shui)PCO不(bu)受特(te)定(ding)活性炭(tan)(tan)添加(jia)的(de)(de)(de)抑制(zhi)或增強。由于高比例(li)的(de)(de)(de)灰水(shui)有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)不(bu)能吸附(fu)在活性炭(tan)(tan)上(shang)，因此可(ke)以防止(zhi)廢水(shui)中有(you)(you)(you)害物(wu)質（包(bao)括芳香族(zu)結構(gou)）的(de)(de)(de)協(xie)同(tong)作用(yong)(yong)。然(ran)而，將活性炭(tan)(tan)添加(jia)到生物(wu)預處(chu)理灰水(shui)中PCO由于有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)的(de)(de)(de)吸附(fu)，因為有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)的(de)(de)(de)吸附(fu)和去除(chu)增加(jia)了光催化礦化的(de)(de)(de)去除(chu)。結果強調，實際(ji)廢水(shui)研究(jiu)的(de)(de)(de)協(xie)同(tong)作用(yong)(yong)是(shi)重要的(de)(de)(de)，而不(bu)是(shi)苯酚等模型有(you)(you)(you)機(ji)物(wu)的(de)(de)(de)純水(shui)溶(rong)液。