活性炭吸附和異質光催化

　　本研究的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是(shi)評估在(zai)(zai)生(sheng)物(wu)預處理的(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)水(shui)(shui)(shui)和極(ji)性(xing)(xing)脂肪(fang)族(zu)化(hua)合物(wu)極(ji)性(xing)(xing)脂肪(fang)族(zu)化(hua)合物(wu)光(guang)催(cui)化(hua)氧化(hua)中添(tian)(tian)加(jia)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)是(shi)否具有(you)(you)協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，如以前用(yong)(yong)(yong)苯酚(fen)證明的(de)(de)(de)(de)那樣(yang)。使用(yong)(yong)(yong)UV燈和光(guang)催(cui)化(hua)劑TiO 2.用(yong)(yong)(yong)五(wu)倍濃(nong)縮的(de)(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)預處理灰(hui)(hui)水(shui)(shui)(shui)和四乙二(er)醇(chun)二(er)甲醚水(shui)(shui)(shui)溶液(ye)記錄光(guang)催(cui)化(hua)氧化(hua)動力學(xue)P25存在(zai)(zai)和無(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)因子SF光(guang)催(cui)化(hua)氧化(hua)率(lv)(lv)常數與無(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)(zai)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)存在(zai)(zai)下的(de)(de)(de)(de)速(su)率(lv)(lv)常數之比(bi)。灰(hui)(hui)水(shui)(shui)(shui)濃(nong)縮物(wu)沒有(you)(you)觀察(cha)到協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(SF≈1)。對于(yu)脂肪(fang)族(zu)化(hua)合物(wu)，四乙二(er)醇(chun)二(er)甲醚，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)加(jia)實際上是(shi)光(guang)催(cui)化(hua)劑(SF (一)具有(you)(you)抑制作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，在(zai)(zai)苯酚(fen)水(shui)(shui)(shui)溶液(ye)的(de)(de)(de)(de)參考實驗(yan)中確認了協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)。通過活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)對其有(you)(you)機(ji)(ji)成分的(de)(de)(de)(de)低(di)吸(xi)附(fu)(fu)，可以解釋灰(hui)(hui)水(shui)(shui)(shui)濃(nong)縮物(wu)沒有(you)(you)協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)。四乙二(er)醇(chun)二(er)甲醚的(de)(de)(de)(de)光(guang)催(cui)化(hua)氧化(hua)是(shi)由于(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)顆粒對光(guang)催(cui)化(hua)劑的(de)(de)(de)(de)屏蔽。假(jia)設混合過程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)僅限于(yu)芳香(xiang)族(zu)有(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)。粉(fen)狀活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)加(jia)有(you)(you)利于(yu)有(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)的(de)(de)(de)(de)附(fu)(fu)加(jia)吸(xi)附(fu)(fu)和去除，光(guang)催(cui)化(hua)氧化(hua)導(dao)致活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)存在(zai)(zai)時有(you)(you)機(ji)(ji)濃(nong)度降低(di)60%紫(zi)外線照射(she)時間。

　　灰(hui)水(shui)比城市污(wu)水(shui)更(geng)好地再利用，因為它與衛生(sheng)用水(shui)和工業(ye)廢水(shui)分離，因為它含有低(di)濃度(du)的(de)營養物質(zhi)、病原體和危險的(de)工業(ye)化(hua)學(xue)品。經過生(sheng)物處理(li)，即(ji)使在(zai)低(di)技術(shu)過程中，如間歇供應(ying)地下垂直流(liu)建造的(de)濕地，也會產生(sheng)總有機(ji)碳(TOC)濃度(du)在(zai)5-15 mg L -1范圍(wei)內的(de)流(liu)出(chu)物。此外，必須去除生(sheng)物處理(li)灰(hui)水(shui)中發現的(de)有機(ji)微污(wu)染物。實現這些目標的(de)可持續(xu)方(fang)法是太陽能異質(zhi)光催化(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(PCO)懸(xuan)浮在(zai)廢水(shui)中的(de)半導體顆粒的(de)先進氧(yang)(yang)化(hua)過程。

　　因(yin)此，有(you)必要制定(ding)太(tai)陽能PCO策略(lve)更有(you)效。很有(you)前途的(de)技(ji)術是PCO結(jie)合活(huo)性(xing)炭吸附。含(han)苯酚(fen)模型(xing)廢水已經顯示出這(zhe)種特定(ding)活(huo)性(xing)炭類型(xing)的(de)存在，導(dao)致了改善PCO常數(shu)為4-氯(lv)苯酚(fen)、咖啡酸、2、4-二氯(lv)苯氧乙酸、氯(lv)丁(ding)酸。在PCO 活(huo)性(xing)炭組(zu)合過程中觀察到的(de)協同(tong)作(zuo)用通常基于協同(tong)因(yin)子(SF)，存在下(xia)的(de)PCO速(su)率常數(shu)(k PCO_活(huo)性(xing)炭和(he)活(huo)性(xing)炭不存在(k PCO)的(de)比例(li)：SF=k PCO_活(huo)性(xing)炭/k PCO。

　　協同作用的(de)(de)一(yi)個原因是有機分子從吸(xi)附劑到直(zhi)接(jie)附著(zhu)在活(huo)(huo)性炭(tan)上的(de)(de)光(guang)催化劑顆粒的(de)(de)短擴散(san)途徑。因此，已經發現(xian)了(le)PCO /活(huo)(huo)性炭(tan)混合工藝SF與(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)和光(guang)催化劑顆粒之間的(de)(de)界(jie)面(mian)積(ji)有關(guan)。TiO 增加了(le)與(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)界(jie)面(mian)接(jie)觸(chu)和協同作用。但(dan)當(dang)接(jie)觸(chu)面(mian)積(ji)超過光(guang)催化劑總(zong)表面(mian)的(de)(de)50%時，協同效應(ying)降低。

　　此(ci)外(wai)，活性(xing)炭微(wei)晶表(biao)面(mian)的(de)(de)特定官能團(tuan)(如羧(suo)甲酸或(huo)環(huan)醚(mi)基(ji)(ji))被假位于TiO 2表(biao)面(mian)上的(de)(de)Ti中心]協調(diao)相(xiang)互作用(yong)，特別是(shi)以銳(rui)鈦礦(kuang)的(de)(de)形式(shi)，主要(yao)是(shi)TiO 2修(xiu)改(gai)P25。銳(rui)鈦礦(kuang)表(biao)現(xian)出(chu)比金(jin)紅(hong)石(shi)更高的(de)(de)氧原子(zi)(zi)空(kong)位(即氧配體缺陷)。的(de)(de)Ti電(dian)子(zi)(zi)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)和吸附劑(ji)(ji)由含(han)氧活性(xing)炭官能表(biao)面(mian)基(ji)(ji)團(tuan)中心協調(diao)。假設光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)中的(de)(de)光(guang)(guang)移動(dong)電(dian)子(zi)(zi)可(ke)以這(zhe)樣轉移到相(xiang)鄰的(de)(de)活性(xing)炭表(biao)面(mian)。因(yin)此(ci)，光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)內的(de)(de)光(guang)(guang)誘導(dao)電(dian)子(zi)(zi)和空(kong)穴(xue)的(de)(de)重組減(jian)少，導(dao)致孔的(de)(de)壽命延長，并且(qie)它們到達光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)表(biao)面(mian)的(de)(de)可(ke)能性(xing)更高，從而更有效(xiao)地氧化(hua)(hua)在(zai)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)附近的(de)(de)有機物(wu)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)。光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)/活性(xing)炭界面(mian)面(mian)積和兩(liang)種固體之間的(de)(de)電(dian)荷(he)(電(dian)子(zi)(zi)或(huo)空(kong)穴(xue))轉移受到活性(xing)炭表(biao)面(mian)化(hua)(hua)學(因(yin)此(ci)源材料和活化(hua)(hua)過程(cheng))的(de)(de)影響。因(yin)此(ci)，只有特定的(de)(de)活性(xing)炭PCO /在(zai)活性(xing)炭組合(he)過程(cheng)中引起協同效(xiao)應。

　　在PCO在實(shi)驗中，活(huo)性(xing)炭微晶中的(de)石墨烯(xi)層(ceng)結構也影響光催化TiO 2 /活(huo)性(xing)炭系統協同作用(yong)程度。活(huo)性(xing)炭的(de)電(dian)導(dao)率越(yue)高，石墨烯(xi)層(ceng)紊亂(luan)越(yue)低(即與(yu)純石墨結構越(yue)近)。當活(huo)性(xing)炭中石墨微晶的(de)電(dian)子(zi)(zi)半(ban)導(dao)體性(xing)足(zu)夠時(shi)，活(huo)性(xing)炭可(ke)以從接觸光中轉移TiO 注入的(de)電(dian)荷(he)載(zai)流子(zi)(zi)粒子(zi)(zi)。添加(jia)特定(ding)的(de)活(huo)性(xing)炭類型PCO這支持(chi)了光觸媒內空穴電(dian)子(zi)(zi)重組(zu)抑制的(de)上述效果(guo)。一般來說，活(huo)性(xing)炭的(de)特性(xing)是PCO與(yu)活(huo)性(xing)炭吸(xi)附的(de)協同作用(yong)非常復雜(za)。

　　添加特(te)定(ding)的(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)會導致TiO 2基(ji)酚PCO速率(lv)常數(shu)增加。因此，盡管使用(yong)不(bu)(bu)同(tong)類型的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)類型UV燈與(yu)其它(ta)稍有(you)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)實(shi)驗(yan)條件，但文獻中描述的(de)(de)實(shi)驗(yan)可以再現(xian)。苯酚中有(you)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)PCO中沒有(you)產生任(ren)何協同(tong)作用(yong)，證(zheng)實(shi)僅具有(you)特(te)定(ding)性(xing)(xing)質的(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)能夠提高PCO速率(lv)常數(shu)。脂肪族(zu)化合物通過添加特(te)殊活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)和脂肪族(zu)化合物PCO由活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)顆(ke)粒引(yin)起的(de)(de)光催化劑明(ming)顯遮(zhe)擋甚至被抑(yi)制。當(dang)檢測到協同(tong)作用(yong)時，可能補償(chang)了抑(yi)制性(xing)(xing)陰影(ying)效應(ying)。假設與(yu)特(te)定(ding)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)添加的(de)(de)協同(tong)作用(yong)僅發生在芳(fang)族(zu)化合物中PCO中。他(ta)們(men)的(de)(de)π- π與(yu)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)顆(ke)粒中的(de)(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)層(ceng)或特(te)定(ding)的(de)(de)官能表(biao)面基(ji)團相互(hu)作用(yong)，可假定(ding)為協同(tong)作用(yong)的(de)(de)先決(jue)條件。

　　五重濃縮生物(wu)(wu)預(yu)處(chu)理(li)灰(hui)(hui)水(shui)PCO不受特定活性(xing)炭(tan)添加的(de)(de)抑制或增強。由于(yu)高比例的(de)(de)灰(hui)(hui)水(shui)有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)不能吸(xi)附(fu)在(zai)活性(xing)炭(tan)上(shang)，因(yin)此可以防止廢水(shui)中有(you)害物(wu)(wu)質（包括芳香族結(jie)構）的(de)(de)協(xie)(xie)同作用。然而，將活性(xing)炭(tan)添加到生物(wu)(wu)預(yu)處(chu)理(li)灰(hui)(hui)水(shui)中PCO由于(yu)有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附(fu)，因(yin)為有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附(fu)和去除增加了光催化(hua)礦化(hua)的(de)(de)去除。結(jie)果強調，實際廢水(shui)研(yan)究的(de)(de)協(xie)(xie)同作用是重要的(de)(de)，而不是苯酚等模型有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)純水(shui)溶(rong)液。