活性炭吸附和異質光催化

　　本研究的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)評估在(zai)(zai)(zai)生物(wu)預(yu)處(chu)理的(de)(de)灰水和(he)(he)極性(xing)(xing)(xing)脂肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)極性(xing)(xing)(xing)脂肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)中添(tian)加(jia)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)是(shi)否具有(you)協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)，如以前(qian)用(yong)苯酚證明的(de)(de)那樣。使用(yong)UV燈和(he)(he)光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)五(wu)倍濃(nong)(nong)縮(suo)的(de)(de)生物(wu)預(yu)處(chu)理灰水和(he)(he)四乙(yi)二(er)(er)醇二(er)(er)甲醚水溶(rong)(rong)液(ye)記錄光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)動力學P25存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)和(he)(he)無活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)。協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)因子(zi)SF光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率常數(shu)與(yu)無活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)下的(de)(de)速率常數(shu)之比。灰水濃(nong)(nong)縮(suo)物(wu)沒(mei)有(you)觀(guan)察到協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(SF≈1)。對(dui)于(yu)脂肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)，四乙(yi)二(er)(er)醇二(er)(er)甲醚，活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)添(tian)加(jia)實際(ji)上是(shi)光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一(yi))具有(you)抑制作(zuo)用(yong)，在(zai)(zai)(zai)苯酚水溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)參(can)考實驗(yan)中確認了協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)。通過活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)對(dui)其有(you)機(ji)(ji)成(cheng)分的(de)(de)低吸(xi)附(fu)，可以解釋(shi)灰水濃(nong)(nong)縮(suo)物(wu)沒(mei)有(you)協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)。四乙(yi)二(er)(er)醇二(er)(er)甲醚的(de)(de)光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)由于(yu)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)顆粒對(dui)光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)屏蔽(bi)。假設混合(he)過程中的(de)(de)協(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用(yong)僅(jin)限于(yu)芳香族有(you)機(ji)(ji)物(wu)。粉狀活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)添(tian)加(jia)有(you)利于(yu)有(you)機(ji)(ji)物(wu)的(de)(de)附(fu)加(jia)吸(xi)附(fu)和(he)(he)去除，光(guang)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)導致(zhi)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)存(cun)(cun)在(zai)(zai)(zai)時有(you)機(ji)(ji)濃(nong)(nong)度降(jiang)低60%紫外(wai)線照射時間。

　　灰水(shui)(shui)比城市污(wu)水(shui)(shui)更好地再利用(yong)，因為(wei)它與衛生(sheng)用(yong)水(shui)(shui)和工業(ye)廢水(shui)(shui)分離，因為(wei)它含(han)有低(di)濃(nong)度的(de)(de)(de)(de)營養(yang)物(wu)質、病(bing)原體(ti)和危險(xian)的(de)(de)(de)(de)工業(ye)化(hua)學品。經過生(sheng)物(wu)處理，即使在低(di)技術過程中，如間歇供應地下(xia)垂直流建造的(de)(de)(de)(de)濕地，也會產生(sheng)總有機碳(tan)(TOC)濃(nong)度在5-15 mg L -1范圍(wei)內(nei)的(de)(de)(de)(de)流出(chu)物(wu)。此外，必須(xu)去除生(sheng)物(wu)處理灰水(shui)(shui)中發(fa)現的(de)(de)(de)(de)有機微污(wu)染(ran)物(wu)。實現這些目(mu)標的(de)(de)(de)(de)可持續方法是太陽能異質光催化(hua)氧化(hua)(PCO)懸浮在廢水(shui)(shui)中的(de)(de)(de)(de)半(ban)導體(ti)顆粒的(de)(de)(de)(de)先進氧化(hua)過程。

　　因(yin)(yin)此，有(you)(you)必(bi)要制(zhi)定太(tai)陽能(neng)PCO策略(lve)更有(you)(you)效(xiao)。很有(you)(you)前途的(de)(de)技術是(shi)PCO結合活性(xing)炭(tan)吸附。含苯酚模(mo)型廢(fei)水已經顯示出這種(zhong)特定活性(xing)炭(tan)類(lei)型的(de)(de)存在(zai)，導(dao)致了改善PCO常數為4-氯(lv)(lv)苯酚、咖啡酸、2、4-二氯(lv)(lv)苯氧乙(yi)酸、氯(lv)(lv)丁酸。在(zai)PCO 活性(xing)炭(tan)組合過程中觀察到(dao)的(de)(de)協同(tong)作用(yong)通常基于協同(tong)因(yin)(yin)子(SF)，存在(zai)下的(de)(de)PCO速率常數(k PCO_活性(xing)炭(tan)和活性(xing)炭(tan)不存在(zai)(k PCO)的(de)(de)比(bi)例(li)：SF=k PCO_活性(xing)炭(tan)/k PCO。

　　協(xie)同(tong)作用的一(yi)個原因是(shi)有機分子從吸附劑(ji)到直接附著在活(huo)性(xing)炭(tan)上(shang)的光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)顆(ke)粒(li)的短擴散(san)途(tu)徑。因此，已經發現了PCO /活(huo)性(xing)炭(tan)混合工藝SF與(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)和光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)顆(ke)粒(li)之(zhi)間(jian)的界面(mian)(mian)積(ji)有關。TiO 增(zeng)加了與(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)的界面(mian)(mian)接觸(chu)和協(xie)同(tong)作用。但當接觸(chu)面(mian)(mian)積(ji)超過光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)總(zong)表面(mian)(mian)的50%時(shi)，協(xie)同(tong)效應降(jiang)低。

　　此外，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)微晶(jing)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特定(ding)官(guan)能(neng)團(如羧甲(jia)酸(suan)或(huo)(huo)環醚基)被假位于TiO 2表(biao)面(mian)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ti中心]協調(diao)相互作用，特別是以銳(rui)鈦礦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形式，主要是TiO 2修改P25。銳(rui)鈦礦表(biao)現出比金(jin)紅石更(geng)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)原子(zi)空(kong)位(即氧(yang)配體(ti)(ti)缺陷)。的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ti電(dian)子(zi)光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)和(he)(he)吸附劑(ji)由含氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)官(guan)能(neng)表(biao)面(mian)基團中心協調(diao)。假設光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光移(yi)動電(dian)子(zi)可以這樣轉移(yi)到(dao)相鄰的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)。因此，光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)內的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光誘導電(dian)子(zi)和(he)(he)空(kong)穴(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重組(zu)減(jian)少，導致孔的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壽命延長(chang)，并(bing)且它們到(dao)達光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)性(xing)(xing)(xing)更(geng)高，從(cong)而更(geng)有效地(di)氧(yang)化(hua)(hua)在光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)附近的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機物光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)。光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)/活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)界面(mian)面(mian)積和(he)(he)兩種固體(ti)(ti)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)荷(電(dian)子(zi)或(huo)(huo)空(kong)穴(xue)(xue))轉移(yi)受到(dao)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面(mian)化(hua)(hua)學(因此源材料和(he)(he)活(huo)(huo)化(hua)(hua)過程)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。因此，只有特定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)PCO /在活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)組(zu)合過程中引起協同效應。

　　在PCO在實驗中，活性(xing)炭微(wei)晶(jing)中的(de)(de)石(shi)(shi)墨烯層結構(gou)也影(ying)響光催化TiO 2 /活性(xing)炭系統協(xie)同(tong)作(zuo)用程度。活性(xing)炭的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)導率越(yue)高，石(shi)(shi)墨烯層紊(wen)亂越(yue)低(即與(yu)純(chun)石(shi)(shi)墨結構(gou)越(yue)近)。當活性(xing)炭中石(shi)(shi)墨微(wei)晶(jing)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)半導體性(xing)足夠時，活性(xing)炭可(ke)以從接觸(chu)光中轉移(yi)TiO 注入的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷載流子(zi)(zi)粒(li)子(zi)(zi)。添加特(te)定(ding)的(de)(de)活性(xing)炭類型(xing)PCO這支持了光觸(chu)媒(mei)內空穴電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)重組抑(yi)制的(de)(de)上述效果。一般(ban)來說，活性(xing)炭的(de)(de)特(te)性(xing)是PCO與(yu)活性(xing)炭吸附的(de)(de)協(xie)同(tong)作(zuo)用非常復雜(za)。

　　添加(jia)特(te)定的(de)(de)(de)活(huo)性炭(tan)會導致TiO 2基(ji)(ji)酚PCO速率常數(shu)增加(jia)。因(yin)此(ci)，盡管使用(yong)不同(tong)(tong)類(lei)型的(de)(de)(de)不同(tong)(tong)類(lei)型UV燈與其它稍(shao)有(you)(you)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗條件，但文獻(xian)中描述的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗可(ke)以再現。苯(ben)酚中有(you)(you)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)活(huo)性炭(tan)PCO中沒有(you)(you)產生任何協(xie)同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)，證實(shi)(shi)僅具有(you)(you)特(te)定性質的(de)(de)(de)活(huo)性炭(tan)能(neng)夠提(ti)高(gao)PCO速率常數(shu)。脂(zhi)肪族化(hua)合物(wu)通過添加(jia)特(te)殊活(huo)性炭(tan)和脂(zhi)肪族化(hua)合物(wu)PCO由活(huo)性炭(tan)顆粒引(yin)起的(de)(de)(de)光催(cui)化(hua)劑明顯遮擋甚至被(bei)抑(yi)制。當檢測到協(xie)同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)時，可(ke)能(neng)補償了抑(yi)制性陰影效應(ying)。假設與特(te)定活(huo)性炭(tan)添加(jia)的(de)(de)(de)協(xie)同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)僅發生在芳族化(hua)合物(wu)中PCO中。他(ta)們的(de)(de)(de)π- π與活(huo)性炭(tan)顆粒中的(de)(de)(de)石墨烯(xi)層或特(te)定的(de)(de)(de)官(guan)能(neng)表面基(ji)(ji)團相互作(zuo)用(yong)，可(ke)假定為協(xie)同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)先決(jue)條件。

　　五重濃縮生物(wu)(wu)預處(chu)理灰(hui)水(shui)(shui)PCO不(bu)受(shou)特定活(huo)性炭添加的(de)抑制或增(zeng)強。由(you)(you)于高比(bi)例的(de)灰(hui)水(shui)(shui)有機物(wu)(wu)不(bu)能吸(xi)附在(zai)活(huo)性炭上，因此(ci)可以防止廢水(shui)(shui)中有害物(wu)(wu)質(zhi)（包括芳香族結(jie)構）的(de)協同作用。然而，將活(huo)性炭添加到生物(wu)(wu)預處(chu)理灰(hui)水(shui)(shui)中PCO由(you)(you)于有機物(wu)(wu)的(de)吸(xi)附，因為有機物(wu)(wu)的(de)吸(xi)附和去(qu)(qu)除增(zeng)加了光催化礦化的(de)去(qu)(qu)除。結(jie)果強調，實際廢水(shui)(shui)研究的(de)協同作用是(shi)重要的(de)，而不(bu)是(shi)苯酚等模型有機物(wu)(wu)的(de)純水(shui)(shui)溶液。