活性炭吸附和異質光催化

　　本研(yan)究的(de)(de)目的(de)(de)是評估在(zai)生(sheng)物預處理的(de)(de)灰水(shui)和極性(xing)(xing)脂肪(fang)(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)合(he)物極性(xing)(xing)脂肪(fang)(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)合(he)物光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)中添(tian)加(jia)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭是否具(ju)(ju)有(you)(you)協同(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)作用(yong)，如(ru)以前用(yong)苯酚(fen)證明的(de)(de)那樣。使(shi)用(yong)UV燈(deng)和光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)五倍濃(nong)縮的(de)(de)生(sheng)物預處理灰水(shui)和四(si)(si)(si)乙(yi)二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚(mi)(mi)水(shui)溶液(ye)記錄光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)動力學(xue)P25存在(zai)和無(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭。協同(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)作用(yong)因(yin)子(zi)SF光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)率常(chang)數與無(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭在(zai)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭存在(zai)下的(de)(de)速率常(chang)數之比。灰水(shui)濃(nong)縮物沒(mei)有(you)(you)觀(guan)察(cha)到(dao)協同(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)作用(yong)(SF≈1)。對(dui)于脂肪(fang)(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)合(he)物，四(si)(si)(si)乙(yi)二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚(mi)(mi)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)添(tian)加(jia)實(shi)(shi)際上(shang)是光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具(ju)(ju)有(you)(you)抑制(zhi)作用(yong)，在(zai)苯酚(fen)水(shui)溶液(ye)的(de)(de)參(can)考(kao)實(shi)(shi)驗中確認了(le)協同(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)作用(yong)。通(tong)過活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭對(dui)其有(you)(you)機成分的(de)(de)低吸附，可(ke)以解釋灰水(shui)濃(nong)縮物沒(mei)有(you)(you)協同(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)作用(yong)。四(si)(si)(si)乙(yi)二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚(mi)(mi)的(de)(de)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)是由于活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭顆粒對(dui)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)屏蔽。假設混合(he)過程中的(de)(de)協同(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)作用(yong)僅限于芳香族(zu)(zu)有(you)(you)機物。粉(fen)狀活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)添(tian)加(jia)有(you)(you)利(li)于有(you)(you)機物的(de)(de)附加(jia)吸附和去(qu)除，光(guang)(guang)催化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)導致(zhi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭存在(zai)時有(you)(you)機濃(nong)度降低60%紫外線照射時間(jian)。

　　灰水(shui)比城市污水(shui)更好地再利用，因為(wei)它與(yu)衛生(sheng)用水(shui)和(he)工業(ye)廢水(shui)分(fen)離，因為(wei)它含有低(di)濃度的(de)(de)(de)營養物質、病原體(ti)和(he)危(wei)險的(de)(de)(de)工業(ye)化學品。經(jing)過(guo)生(sheng)物處理，即(ji)使在低(di)技術(shu)過(guo)程中(zhong)，如間歇(xie)供應地下垂直流(liu)建造的(de)(de)(de)濕地，也會產生(sheng)總有機碳(TOC)濃度在5-15 mg L -1范(fan)圍內(nei)的(de)(de)(de)流(liu)出物。此(ci)外，必須(xu)去除(chu)生(sheng)物處理灰水(shui)中(zhong)發現的(de)(de)(de)有機微污染物。實(shi)現這些目標的(de)(de)(de)可持續方法是太陽能異質光(guang)催化氧(yang)化(PCO)懸浮在廢水(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)半(ban)導體(ti)顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)先進氧(yang)化過(guo)程。

　　因此，有必要制(zhi)定(ding)太(tai)陽能PCO策(ce)略(lve)更有效(xiao)。很(hen)有前途的技術是(shi)PCO結合活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)吸(xi)附。含苯(ben)酚模型廢水已(yi)經顯示出這(zhe)種(zhong)特定(ding)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)類型的存在，導致了改善PCO常(chang)(chang)數為(wei)4-氯苯(ben)酚、咖啡酸、2、4-二(er)氯苯(ben)氧乙酸、氯丁酸。在PCO 活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)組(zu)合過程(cheng)中(zhong)觀察到(dao)的協同(tong)作(zuo)用通常(chang)(chang)基于協同(tong)因子(zi)(SF)，存在下的PCO速率(lv)常(chang)(chang)數(k PCO_活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)和(he)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)不存在(k PCO)的比(bi)例：SF=k PCO_活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)/k PCO。

　　協(xie)同(tong)作用的(de)(de)(de)一個原因(yin)是有機分子從吸附劑到(dao)直接附著在(zai)活性(xing)炭(tan)(tan)(tan)上(shang)的(de)(de)(de)光催(cui)化劑顆粒的(de)(de)(de)短擴(kuo)散途徑(jing)。因(yin)此，已經發現了PCO /活性(xing)炭(tan)(tan)(tan)混(hun)合工藝SF與活性(xing)炭(tan)(tan)(tan)和(he)光催(cui)化劑顆粒之間(jian)的(de)(de)(de)界面(mian)積有關(guan)。TiO 增加了與活性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)界面(mian)接觸和(he)協(xie)同(tong)作用。但當(dang)接觸面(mian)積超過光催(cui)化劑總表面(mian)的(de)(de)(de)50%時，協(xie)同(tong)效(xiao)應降(jiang)低。

　　此外(wai)，活(huo)性(xing)炭(tan)微晶表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)定(ding)官(guan)(guan)能(neng)團(如羧甲(jia)酸或(huo)環(huan)醚基)被(bei)假位(wei)于TiO 2表面(mian)上的(de)(de)(de)(de)(de)Ti中心(xin)]協(xie)調相互作(zuo)用，特(te)別是以銳鈦礦的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)，主要(yao)是TiO 2修改P25。銳鈦礦表現出比(bi)金紅石更高的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)原子(zi)空位(wei)(即(ji)氧(yang)配體缺陷)。的(de)(de)(de)(de)(de)Ti電(dian)(dian)(dian)子(zi)光(guang)催化劑(ji)(ji)和吸附劑(ji)(ji)由含氧(yang)活(huo)性(xing)炭(tan)官(guan)(guan)能(neng)表面(mian)基團中心(xin)協(xie)調。假設(she)光(guang)催化劑(ji)(ji)中的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)移動電(dian)(dian)(dian)子(zi)可以這樣轉移到相鄰的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)表面(mian)。因(yin)此，光(guang)催化劑(ji)(ji)內的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)誘導電(dian)(dian)(dian)子(zi)和空穴的(de)(de)(de)(de)(de)重組減少，導致孔的(de)(de)(de)(de)(de)壽命延(yan)長，并(bing)且它們到達(da)光(guang)催化劑(ji)(ji)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)性(xing)更高，從而(er)更有效地氧(yang)化在(zai)光(guang)催化劑(ji)(ji)附近(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)有機(ji)物光(guang)催化劑(ji)(ji)。光(guang)催化劑(ji)(ji)/活(huo)性(xing)炭(tan)界(jie)面(mian)面(mian)積(ji)和兩種(zhong)固體之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷(電(dian)(dian)(dian)子(zi)或(huo)空穴)轉移受到活(huo)性(xing)炭(tan)表面(mian)化學(因(yin)此源材料和活(huo)化過(guo)程)的(de)(de)(de)(de)(de)影響。因(yin)此，只有特(te)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)PCO /在(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)組合過(guo)程中引(yin)起協(xie)同效應。

　　在PCO在實驗中(zhong)(zhong)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭微晶中(zhong)(zhong)的(de)石墨(mo)烯(xi)層結構也影響光催(cui)化TiO 2 /活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭系統(tong)協(xie)同作用程度。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)電導率越(yue)高，石墨(mo)烯(xi)層紊亂越(yue)低(di)(即與(yu)純石墨(mo)結構越(yue)近)。當活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭中(zhong)(zhong)石墨(mo)微晶的(de)電子半導體(ti)性(xing)(xing)(xing)足夠時(shi)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭可以從接觸光中(zhong)(zhong)轉移TiO 注入(ru)的(de)電荷(he)載流子粒子。添加特定的(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭類(lei)型(xing)PCO這(zhe)支持了光觸媒內空穴(xue)電子重(zhong)組(zu)抑制的(de)上述效果。一般來說，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)特性(xing)(xing)(xing)是PCO與(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭吸(xi)附的(de)協(xie)同作用非常復雜。

　　添加(jia)特(te)定的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)會(hui)導(dao)致TiO 2基(ji)酚(fen)(fen)PCO速率常數增加(jia)。因此，盡管使用不同(tong)類型的(de)(de)(de)不同(tong)類型UV燈(deng)與(yu)其(qi)它稍有(you)(you)不同(tong)的(de)(de)(de)實驗(yan)條件(jian)，但文獻中(zhong)(zhong)(zhong)描述的(de)(de)(de)實驗(yan)可(ke)以再現(xian)。苯(ben)酚(fen)(fen)中(zhong)(zhong)(zhong)有(you)(you)不同(tong)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)PCO中(zhong)(zhong)(zhong)沒有(you)(you)產生任何(he)協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用，證實僅(jin)具有(you)(you)特(te)定性(xing)質的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)能夠提(ti)高PCO速率常數。脂肪族化(hua)(hua)合物(wu)通過添加(jia)特(te)殊(shu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)和脂肪族化(hua)(hua)合物(wu)PCO由活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)顆(ke)粒引起的(de)(de)(de)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑明顯(xian)遮擋甚至被抑制。當(dang)檢(jian)測到協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用時，可(ke)能補償了(le)抑制性(xing)陰(yin)影效(xiao)應。假設與(yu)特(te)定活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)添加(jia)的(de)(de)(de)協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用僅(jin)發生在芳(fang)族化(hua)(hua)合物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)PCO中(zhong)(zhong)(zhong)。他們的(de)(de)(de)π- π與(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)顆(ke)粒中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)石墨烯層或特(te)定的(de)(de)(de)官能表面(mian)基(ji)團相互作(zuo)(zuo)用，可(ke)假定為協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de)先決條件(jian)。

　　五重(zhong)濃縮生物(wu)預(yu)處理灰水PCO不(bu)(bu)受特定(ding)活(huo)性炭添加的抑(yi)制或增(zeng)強(qiang)。由(you)于(yu)高(gao)比例的灰水有(you)機(ji)物(wu)不(bu)(bu)能吸附在活(huo)性炭上(shang)，因此可(ke)以(yi)防(fang)止廢水中有(you)害物(wu)質（包括芳(fang)香族結構）的協同作用(yong)。然而，將活(huo)性炭添加到生物(wu)預(yu)處理灰水中PCO由(you)于(yu)有(you)機(ji)物(wu)的吸附，因為(wei)有(you)機(ji)物(wu)的吸附和去(qu)除增(zeng)加了(le)光催(cui)化礦化的去(qu)除。結果強(qiang)調，實(shi)際廢水研究(jiu)的協同作用(yong)是(shi)重(zhong)要(yao)的，而不(bu)(bu)是(shi)苯酚等(deng)模型(xing)有(you)機(ji)物(wu)的純(chun)水溶(rong)液。