活性炭吸附和異質光催化

　　本研究的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是(shi)評估(gu)在生物(wu)預處(chu)理的(de)(de)(de)灰水(shui)和極(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)脂(zhi)肪族(zu)(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)極(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)脂(zhi)肪族(zu)(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)中添加(jia)(jia)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)是(shi)否具有(you)(you)(you)(you)(you)(you)協同(tong)作(zuo)用，如以前用苯酚證明的(de)(de)(de)那樣。使(shi)用UV燈和光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑TiO 2.用五(wu)倍濃縮(suo)的(de)(de)(de)生物(wu)預處(chu)理灰水(shui)和四(si)(si)乙(yi)二醇二甲(jia)醚(mi)水(shui)溶液(ye)記(ji)錄光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)動力學P25存(cun)在和無(wu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)。協同(tong)作(zuo)用因子SF光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率常(chang)數(shu)與無(wu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)在活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)存(cun)在下的(de)(de)(de)速率常(chang)數(shu)之比。灰水(shui)濃縮(suo)物(wu)沒有(you)(you)(you)(you)(you)(you)觀(guan)察到協同(tong)作(zuo)用(SF≈1)。對(dui)(dui)于(yu)(yu)脂(zhi)肪族(zu)(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)，四(si)(si)乙(yi)二醇二甲(jia)醚(mi)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)添加(jia)(jia)實際上是(shi)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(SF (一)具有(you)(you)(you)(you)(you)(you)抑制作(zuo)用，在苯酚水(shui)溶液(ye)的(de)(de)(de)參考實驗中確認了協同(tong)作(zuo)用。通過(guo)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)對(dui)(dui)其有(you)(you)(you)(you)(you)(you)機成分(fen)的(de)(de)(de)低吸附，可以解釋灰水(shui)濃縮(suo)物(wu)沒有(you)(you)(you)(you)(you)(you)協同(tong)作(zuo)用。四(si)(si)乙(yi)二醇二甲(jia)醚(mi)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)由于(yu)(yu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)顆粒對(dui)(dui)光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)屏蔽(bi)。假(jia)設混合過(guo)程中的(de)(de)(de)協同(tong)作(zuo)用僅限于(yu)(yu)芳(fang)香族(zu)(zu)(zu)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)機物(wu)。粉狀活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)添加(jia)(jia)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)利于(yu)(yu)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)機物(wu)的(de)(de)(de)附加(jia)(jia)吸附和去除，光(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)導致活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)存(cun)在時有(you)(you)(you)(you)(you)(you)機濃度(du)降(jiang)低60%紫外線照射時間。

　　灰(hui)水(shui)比城市污水(shui)更好地(di)再(zai)利用(yong)，因為它與衛生(sheng)用(yong)水(shui)和(he)工業(ye)廢水(shui)分離(li)，因為它含有低(di)濃(nong)(nong)度的(de)(de)營養物質(zhi)、病原體(ti)和(he)危險的(de)(de)工業(ye)化(hua)學品。經(jing)過(guo)生(sheng)物處(chu)理，即使在(zai)(zai)低(di)技(ji)術過(guo)程(cheng)中(zhong)，如間歇供應地(di)下垂直流(liu)建造(zao)的(de)(de)濕地(di)，也會產生(sheng)總有機碳(TOC)濃(nong)(nong)度在(zai)(zai)5-15 mg L -1范圍內的(de)(de)流(liu)出物。此外，必須去除生(sheng)物處(chu)理灰(hui)水(shui)中(zhong)發現的(de)(de)有機微污染物。實(shi)現這些目(mu)標的(de)(de)可持續方法是太(tai)陽(yang)能異質(zhi)光催化(hua)氧(yang)化(hua)(PCO)懸(xuan)浮在(zai)(zai)廢水(shui)中(zhong)的(de)(de)半導體(ti)顆粒的(de)(de)先進氧(yang)化(hua)過(guo)程(cheng)。

　　因此，有(you)必要制(zhi)定(ding)太陽能(neng)PCO策略更有(you)效。很(hen)有(you)前途(tu)的(de)(de)技術是PCO結合活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)吸(xi)附。含苯(ben)(ben)酚模型廢水已(yi)經顯示出這種特定(ding)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)類型的(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)(zai)，導致了改善PCO常(chang)數為(wei)4-氯(lv)苯(ben)(ben)酚、咖啡酸、2、4-二氯(lv)苯(ben)(ben)氧乙酸、氯(lv)丁(ding)酸。在(zai)(zai)(zai)PCO 活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)組合過程中(zhong)觀察到(dao)的(de)(de)協同(tong)作用通常(chang)基于協同(tong)因子(zi)(SF)，存(cun)在(zai)(zai)(zai)下的(de)(de)PCO速(su)率(lv)常(chang)數(k PCO_活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)和活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)不存(cun)在(zai)(zai)(zai)(k PCO)的(de)(de)比例：SF=k PCO_活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)/k PCO。

　　協同(tong)(tong)作用的(de)一個原因是有機分子從(cong)吸附(fu)劑(ji)(ji)到直接(jie)附(fu)著在活性炭上的(de)光(guang)(guang)催化劑(ji)(ji)顆粒(li)(li)的(de)短擴散途徑(jing)。因此，已經發現了PCO /活性炭混合工藝SF與(yu)活性炭和光(guang)(guang)催化劑(ji)(ji)顆粒(li)(li)之間的(de)界面積有關。TiO 增加了與(yu)活性炭的(de)界面接(jie)觸和協同(tong)(tong)作用。但當接(jie)觸面積超過(guo)光(guang)(guang)催化劑(ji)(ji)總表面的(de)50%時，協同(tong)(tong)效應降低。

　　此(ci)(ci)外，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)微晶表(biao)(biao)(biao)(biao)面的(de)特定官能(neng)團(tuan)(如羧甲酸或環醚基)被假位于TiO 2表(biao)(biao)(biao)(biao)面上的(de)Ti中(zhong)(zhong)心(xin)]協調相(xiang)互作用(yong)，特別是(shi)(shi)以銳鈦礦(kuang)的(de)形式，主要是(shi)(shi)TiO 2修改P25。銳鈦礦(kuang)表(biao)(biao)(biao)(biao)現出比金紅石更高的(de)氧原子空位(即氧配體缺(que)陷)。的(de)Ti電(dian)子光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)和吸附劑(ji)由(you)含氧活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)官能(neng)表(biao)(biao)(biao)(biao)面基團(tuan)中(zhong)(zhong)心(xin)協調。假設光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)中(zhong)(zhong)的(de)光(guang)移動電(dian)子可以這樣轉(zhuan)移到(dao)相(xiang)鄰的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)(biao)(biao)面。因此(ci)(ci)，光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)內(nei)的(de)光(guang)誘導電(dian)子和空穴(xue)(xue)的(de)重組減少，導致孔的(de)壽命延長，并且它(ta)們到(dao)達光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)表(biao)(biao)(biao)(biao)面的(de)可能(neng)性(xing)(xing)(xing)更高，從而更有(you)效地氧化(hua)(hua)(hua)(hua)在光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)附近的(de)有(you)機(ji)物光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)。光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)/活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)界(jie)面面積(ji)和兩(liang)種(zhong)固體之間的(de)電(dian)荷(電(dian)子或空穴(xue)(xue))轉(zhuan)移受到(dao)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)(biao)(biao)面化(hua)(hua)(hua)(hua)學(因此(ci)(ci)源材料(liao)和活(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)過程)的(de)影響。因此(ci)(ci)，只有(you)特定的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)PCO /在活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)組合過程中(zhong)(zhong)引(yin)起協同效應(ying)。

　　在(zai)(zai)PCO在(zai)(zai)實驗中(zhong)，活(huo)性(xing)(xing)炭微晶中(zhong)的石墨烯(xi)(xi)層結構也(ye)影響光(guang)催化TiO 2 /活(huo)性(xing)(xing)炭系統(tong)協(xie)同作用(yong)程度。活(huo)性(xing)(xing)炭的電(dian)導(dao)率越(yue)高，石墨烯(xi)(xi)層紊亂越(yue)低(即(ji)與純(chun)石墨結構越(yue)近)。當(dang)活(huo)性(xing)(xing)炭中(zhong)石墨微晶的電(dian)子(zi)半導(dao)體性(xing)(xing)足夠時，活(huo)性(xing)(xing)炭可(ke)以從接觸光(guang)中(zhong)轉(zhuan)移TiO 注入的電(dian)荷載流(liu)子(zi)粒子(zi)。添加(jia)特(te)(te)定(ding)的活(huo)性(xing)(xing)炭類型(xing)PCO這支持(chi)了光(guang)觸媒內(nei)空(kong)穴(xue)電(dian)子(zi)重組抑制的上述效(xiao)果。一般(ban)來(lai)說，活(huo)性(xing)(xing)炭的特(te)(te)性(xing)(xing)是PCO與活(huo)性(xing)(xing)炭吸附的協(xie)同作用(yong)非(fei)常(chang)復雜。

　　添加特定的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)會導致TiO 2基酚(fen)PCO速率常數增加。因(yin)此，盡管使用(yong)不(bu)(bu)(bu)同類(lei)型(xing)(xing)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同類(lei)型(xing)(xing)UV燈與其它稍有(you)不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)實(shi)驗條(tiao)件，但文獻中(zhong)描述的(de)(de)實(shi)驗可以再現(xian)。苯酚(fen)中(zhong)有(you)不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)PCO中(zhong)沒有(you)產(chan)生任何協同作(zuo)(zuo)用(yong)，證實(shi)僅具(ju)有(you)特定性(xing)(xing)質的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)能夠提高PCO速率常數。脂肪族(zu)化(hua)合物通過添加特殊活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)和脂肪族(zu)化(hua)合物PCO由活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆粒引起的(de)(de)光催化(hua)劑明顯遮擋甚(shen)至被抑制。當(dang)檢測到協同作(zuo)(zuo)用(yong)時(shi)，可能補償了(le)抑制性(xing)(xing)陰影效應(ying)。假設與特定活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)添加的(de)(de)協同作(zuo)(zuo)用(yong)僅發生在芳族(zu)化(hua)合物中(zhong)PCO中(zhong)。他們(men)的(de)(de)π- π與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆粒中(zhong)的(de)(de)石墨烯(xi)層或特定的(de)(de)官能表面基團相互作(zuo)(zuo)用(yong)，可假定為協同作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)先決條(tiao)件。

　　五重(zhong)濃縮生物(wu)預處理(li)(li)灰水PCO不(bu)受特(te)定活(huo)性炭添(tian)加的(de)(de)抑(yi)制或增(zeng)強(qiang)。由于高比例的(de)(de)灰水有(you)(you)機物(wu)不(bu)能吸(xi)附在活(huo)性炭上，因此可以(yi)防止廢水中(zhong)有(you)(you)害物(wu)質（包(bao)括(kuo)芳香族結構）的(de)(de)協同作用。然而(er)，將(jiang)活(huo)性炭添(tian)加到(dao)生物(wu)預處理(li)(li)灰水中(zhong)PCO由于有(you)(you)機物(wu)的(de)(de)吸(xi)附，因為有(you)(you)機物(wu)的(de)(de)吸(xi)附和去(qu)除增(zeng)加了光催(cui)化礦化的(de)(de)去(qu)除。結果強(qiang)調，實際廢水研究的(de)(de)協同作用是重(zhong)要的(de)(de)，而(er)不(bu)是苯(ben)酚等模型有(you)(you)機物(wu)的(de)(de)純水溶液。