活性炭吸附和異質光催化

　　本(ben)研究的(de)(de)目的(de)(de)是評(ping)估在生(sheng)物(wu)(wu)預(yu)處理的(de)(de)灰(hui)水(shui)和極性(xing)(xing)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)極性(xing)(xing)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)中添加(jia)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)是否(fou)具有(you)(you)協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)，如以(yi)前用(yong)(yong)(yong)(yong)苯酚證明的(de)(de)那(nei)樣。使用(yong)(yong)(yong)(yong)UV燈(deng)和光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)(yong)(yong)(yong)五(wu)倍濃縮的(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)預(yu)處理灰(hui)水(shui)和四乙二(er)醇(chun)二(er)甲(jia)醚水(shui)溶液(ye)記錄光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)動力(li)學P25存(cun)在和無(wu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)因子SF光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)率常數(shu)與無(wu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)在活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)存(cun)在下的(de)(de)速率常數(shu)之(zhi)比(bi)。灰(hui)水(shui)濃縮物(wu)(wu)沒有(you)(you)觀(guan)察到協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(SF≈1)。對(dui)于(yu)(yu)脂(zhi)肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)，四乙二(er)醇(chun)二(er)甲(jia)醚，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)添加(jia)實(shi)際上(shang)是光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具有(you)(you)抑制作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)，在苯酚水(shui)溶液(ye)的(de)(de)參考實(shi)驗中確(que)認(ren)了協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)。通過(guo)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)對(dui)其有(you)(you)機(ji)成分的(de)(de)低(di)吸附(fu)(fu)，可以(yi)解釋灰(hui)水(shui)濃縮物(wu)(wu)沒有(you)(you)協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)。四乙二(er)醇(chun)二(er)甲(jia)醚的(de)(de)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是由于(yu)(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆粒(li)對(dui)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)屏(ping)蔽。假設(she)混合(he)過(guo)程中的(de)(de)協同(tong)(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)僅限于(yu)(yu)芳香族有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)。粉狀活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)添加(jia)有(you)(you)利于(yu)(yu)有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)附(fu)(fu)加(jia)吸附(fu)(fu)和去除，光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)導致活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)存(cun)在時有(you)(you)機(ji)濃度降低(di)60%紫外線照射(she)時間。

　　灰水(shui)比城市(shi)污(wu)水(shui)更(geng)好(hao)地(di)再(zai)利用，因為它(ta)與衛生(sheng)(sheng)用水(shui)和工(gong)業廢(fei)水(shui)分離，因為它(ta)含有(you)(you)低(di)濃度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)營養物(wu)質、病原體(ti)和危險的(de)(de)(de)(de)工(gong)業化學(xue)品。經(jing)過(guo)(guo)生(sheng)(sheng)物(wu)處理，即(ji)使在(zai)低(di)技術過(guo)(guo)程中，如間(jian)歇供應地(di)下垂直流建造的(de)(de)(de)(de)濕地(di)，也會產生(sheng)(sheng)總有(you)(you)機碳(TOC)濃度(du)(du)在(zai)5-15 mg L -1范圍內的(de)(de)(de)(de)流出物(wu)。此外(wai)，必須去除生(sheng)(sheng)物(wu)處理灰水(shui)中發現的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)機微污(wu)染物(wu)。實(shi)現這些(xie)目標的(de)(de)(de)(de)可持續(xu)方(fang)法是太陽能異(yi)質光催化氧化(PCO)懸浮(fu)在(zai)廢(fei)水(shui)中的(de)(de)(de)(de)半導(dao)體(ti)顆粒的(de)(de)(de)(de)先進氧化過(guo)(guo)程。

　　因(yin)此，有必要制(zhi)定太(tai)陽能(neng)PCO策略更有效。很有前途(tu)的(de)技術是PCO結合活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)吸附。含(han)苯酚模(mo)型(xing)廢水已經顯示出這種特定活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)類型(xing)的(de)存在(zai)，導致了(le)改善PCO常(chang)數為4-氯苯酚、咖啡(fei)酸(suan)、2、4-二氯苯氧乙(yi)酸(suan)、氯丁酸(suan)。在(zai)PCO 活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)組合過程(cheng)中觀察到的(de)協(xie)同作用通(tong)常(chang)基(ji)于協(xie)同因(yin)子(SF)，存在(zai)下的(de)PCO速率(lv)常(chang)數(k PCO_活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)和活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)不存在(zai)(k PCO)的(de)比例(li)：SF=k PCO_活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)/k PCO。

　　協同作用的一個原因是有機(ji)分子從吸附劑到(dao)直接(jie)附著(zhu)在活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)上的光(guang)催化(hua)(hua)劑顆(ke)粒的短擴散(san)途徑(jing)。因此(ci)，已經發現(xian)了(le)PCO /活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)混合工藝SF與(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)和光(guang)催化(hua)(hua)劑顆(ke)粒之間的界(jie)面(mian)積(ji)有關(guan)。TiO 增加了(le)與(yu)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的界(jie)面(mian)接(jie)觸和協同作用。但當(dang)接(jie)觸面(mian)積(ji)超過光(guang)催化(hua)(hua)劑總表面(mian)的50%時，協同效應降低。

　　此(ci)外，活性(xing)(xing)炭(tan)微晶表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)特定(ding)官(guan)能團(tuan)(如羧(suo)甲酸或環(huan)醚(mi)基)被(bei)假位于TiO 2表面(mian)上的(de)(de)(de)(de)(de)Ti中心]協調相互作用(yong)，特別是(shi)以銳(rui)鈦(tai)礦(kuang)的(de)(de)(de)(de)(de)形式，主要是(shi)TiO 2修(xiu)改P25。銳(rui)鈦(tai)礦(kuang)表現(xian)出比(bi)金紅石更高的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)原子空(kong)位(即(ji)氧(yang)配體缺(que)陷)。的(de)(de)(de)(de)(de)Ti電子光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)(he)吸附(fu)劑(ji)(ji)(ji)(ji)由含(han)氧(yang)活性(xing)(xing)炭(tan)官(guan)能表面(mian)基團(tuan)中心協調。假設(she)光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)(ji)中的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)移動電子可(ke)(ke)以這樣轉移到相鄰的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)。因(yin)此(ci)，光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)(ji)內的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)誘導電子和(he)(he)空(kong)穴(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)重組減少(shao)，導致孔的(de)(de)(de)(de)(de)壽命延(yan)長，并且它們到達光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)(ji)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)能性(xing)(xing)更高，從(cong)而更有效地氧(yang)化(hua)(hua)在光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)(ji)附(fu)近的(de)(de)(de)(de)(de)有機物光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)(ji)。光(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)(ji)/活性(xing)(xing)炭(tan)界面(mian)面(mian)積和(he)(he)兩種固體之間的(de)(de)(de)(de)(de)電荷(he)(電子或空(kong)穴(xue))轉移受到活性(xing)(xing)炭(tan)表面(mian)化(hua)(hua)學(因(yin)此(ci)源材料和(he)(he)活化(hua)(hua)過程)的(de)(de)(de)(de)(de)影響。因(yin)此(ci)，只有特定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)PCO /在活性(xing)(xing)炭(tan)組合過程中引起協同效應。

　　在(zai)(zai)PCO在(zai)(zai)實驗中(zhong)(zhong)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)微(wei)晶(jing)中(zhong)(zhong)的石(shi)墨(mo)烯(xi)層結(jie)構也影(ying)響光催化TiO 2 /活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)系統(tong)協(xie)同作用(yong)程度。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的電(dian)導率越(yue)(yue)高，石(shi)墨(mo)烯(xi)層紊亂越(yue)(yue)低(即與純石(shi)墨(mo)結(jie)構越(yue)(yue)近)。當(dang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)(zhong)石(shi)墨(mo)微(wei)晶(jing)的電(dian)子(zi)(zi)半導體性(xing)(xing)足夠時，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)可(ke)以(yi)從接觸光中(zhong)(zhong)轉移TiO 注入(ru)的電(dian)荷載流子(zi)(zi)粒子(zi)(zi)。添加特定的活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)類型PCO這支持(chi)了光觸媒內空穴電(dian)子(zi)(zi)重組(zu)抑制(zhi)的上述效果。一(yi)般來說，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的特性(xing)(xing)是(shi)PCO與活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)吸附的協(xie)同作用(yong)非常復雜。

　　添(tian)加(jia)(jia)特(te)(te)定的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭會(hui)導致TiO 2基酚(fen)PCO速率(lv)常數增加(jia)(jia)。因此(ci)，盡管使用(yong)不(bu)同(tong)類型的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)類型UV燈與(yu)其它稍有不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)實(shi)驗條件，但文獻中(zhong)描(miao)述的(de)(de)(de)實(shi)驗可(ke)以(yi)再現(xian)。苯酚(fen)中(zhong)有不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭PCO中(zhong)沒有產(chan)生(sheng)任何(he)協(xie)同(tong)作(zuo)用(yong)，證(zheng)實(shi)僅(jin)具有特(te)(te)定性(xing)(xing)(xing)(xing)質的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭能(neng)(neng)夠提高PCO速率(lv)常數。脂肪族化(hua)合(he)物(wu)通過添(tian)加(jia)(jia)特(te)(te)殊活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭和脂肪族化(hua)合(he)物(wu)PCO由活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭顆粒(li)引起的(de)(de)(de)光催化(hua)劑明顯遮擋甚(shen)至被抑制(zhi)。當檢測到協(xie)同(tong)作(zuo)用(yong)時(shi)，可(ke)能(neng)(neng)補償了(le)抑制(zhi)性(xing)(xing)(xing)(xing)陰(yin)影效(xiao)應。假(jia)設與(yu)特(te)(te)定活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭添(tian)加(jia)(jia)的(de)(de)(de)協(xie)同(tong)作(zuo)用(yong)僅(jin)發生(sheng)在芳族化(hua)合(he)物(wu)中(zhong)PCO中(zhong)。他(ta)們的(de)(de)(de)π- π與(yu)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭顆粒(li)中(zhong)的(de)(de)(de)石墨烯層或特(te)(te)定的(de)(de)(de)官能(neng)(neng)表面(mian)基團(tuan)相互(hu)作(zuo)用(yong)，可(ke)假(jia)定為(wei)協(xie)同(tong)作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)先決條件。

　　五(wu)重濃縮生物(wu)(wu)預(yu)處理(li)灰水PCO不(bu)(bu)受(shou)特定活(huo)性炭(tan)添(tian)加的(de)(de)抑制或增強(qiang)。由于高比例(li)的(de)(de)灰水有(you)機(ji)物(wu)(wu)不(bu)(bu)能吸(xi)附(fu)在活(huo)性炭(tan)上(shang)，因此可以防止(zhi)廢水中有(you)害(hai)物(wu)(wu)質（包括(kuo)芳香族結構）的(de)(de)協同作用。然而(er)(er)，將活(huo)性炭(tan)添(tian)加到生物(wu)(wu)預(yu)處理(li)灰水中PCO由于有(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附(fu)，因為(wei)有(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附(fu)和去(qu)除增加了(le)光催化礦化的(de)(de)去(qu)除。結果強(qiang)調，實(shi)際廢水研究(jiu)的(de)(de)協同作用是(shi)重要的(de)(de)，而(er)(er)不(bu)(bu)是(shi)苯(ben)酚等模(mo)型有(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)純(chun)水溶液。