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)是評估(gu)在生物(wu)預處理(li)的(de)(de)(de)(de)灰(hui)水(shui)和(he)極性(xing)脂肪族(zu)化(hua)(hua)合(he)物(wu)極性(xing)脂肪族(zu)化(hua)(hua)合(he)物(wu)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)中添加活性(xing)炭(tan)是否(fou)具有協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)，如以(yi)前用(yong)(yong)苯酚(fen)證明(ming)的(de)(de)(de)(de)那樣。使(shi)用(yong)(yong)UV燈和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)(yong)五倍(bei)濃(nong)縮的(de)(de)(de)(de)生物(wu)預處理(li)灰(hui)水(shui)和(he)四乙(yi)二(er)醇(chun)二(er)甲醚水(shui)溶液記錄光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)動力學P25存在和(he)無(wu)活性(xing)炭(tan)。協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)因子SF光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)率常數(shu)與無(wu)活性(xing)炭(tan)在活性(xing)炭(tan)存在下的(de)(de)(de)(de)速(su)率常數(shu)之比。灰(hui)水(shui)濃(nong)縮物(wu)沒有觀察到協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)(SF≈1)。對于脂肪族(zu)化(hua)(hua)合(he)物(wu)，四乙(yi)二(er)醇(chun)二(er)甲醚，活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)添加實際(ji)上是光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具有抑制作(zuo)用(yong)(yong)，在苯酚(fen)水(shui)溶液的(de)(de)(de)(de)參考實驗(yan)中確認了(le)協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)。通過活性(xing)炭(tan)對其(qi)有機成(cheng)分的(de)(de)(de)(de)低吸附(fu)(fu)，可以(yi)解(jie)釋灰(hui)水(shui)濃(nong)縮物(wu)沒有協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)。四乙(yi)二(er)醇(chun)二(er)甲醚的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)是由于活性(xing)炭(tan)顆粒(li)對光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)屏蔽(bi)。假設混合(he)過程中的(de)(de)(de)(de)協(xie)(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)僅限于芳香族(zu)有機物(wu)。粉狀活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)添加有利于有機物(wu)的(de)(de)(de)(de)附(fu)(fu)加吸附(fu)(fu)和(he)去(qu)除，光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)導致活性(xing)炭(tan)存在時(shi)有機濃(nong)度(du)降低60%紫外線照(zhao)射(she)時(shi)間。

　　灰(hui)水(shui)(shui)(shui)比城市(shi)污(wu)水(shui)(shui)(shui)更好地(di)再利用(yong)，因(yin)為它(ta)與(yu)衛生(sheng)用(yong)水(shui)(shui)(shui)和(he)工業(ye)廢(fei)水(shui)(shui)(shui)分(fen)離，因(yin)為它(ta)含有低濃度(du)的(de)營養(yang)物(wu)質、病原體和(he)危險的(de)工業(ye)化(hua)學品。經過生(sheng)物(wu)處理(li)，即(ji)使在低技(ji)術過程中，如間歇供(gong)應地(di)下垂直流(liu)建造的(de)濕地(di)，也會產生(sheng)總有機(ji)碳(TOC)濃度(du)在5-15 mg L -1范圍內的(de)流(liu)出物(wu)。此外，必須(xu)去(qu)除生(sheng)物(wu)處理(li)灰(hui)水(shui)(shui)(shui)中發現(xian)的(de)有機(ji)微污(wu)染物(wu)。實(shi)現(xian)這些目標的(de)可持續(xu)方法是太陽能異(yi)質光催化(hua)氧化(hua)(PCO)懸浮在廢(fei)水(shui)(shui)(shui)中的(de)半(ban)導體顆粒的(de)先進氧化(hua)過程。

　　因此，有(you)必要(yao)制(zhi)定(ding)太(tai)陽(yang)能PCO策(ce)略(lve)更有(you)效。很有(you)前(qian)途的(de)技術(shu)是PCO結(jie)合(he)活(huo)(huo)性(xing)炭吸附(fu)。含苯酚模型廢水(shui)已經顯(xian)示出這種特定(ding)活(huo)(huo)性(xing)炭類型的(de)存(cun)(cun)在(zai)，導致了改善PCO常數(shu)為4-氯(lv)(lv)苯酚、咖啡酸、2、4-二氯(lv)(lv)苯氧乙酸、氯(lv)(lv)丁酸。在(zai)PCO 活(huo)(huo)性(xing)炭組合(he)過程中觀察到的(de)協(xie)同作用通常基于協(xie)同因子(SF)，存(cun)(cun)在(zai)下的(de)PCO速率(lv)常數(shu)(k PCO_活(huo)(huo)性(xing)炭和活(huo)(huo)性(xing)炭不存(cun)(cun)在(zai)(k PCO)的(de)比例：SF=k PCO_活(huo)(huo)性(xing)炭/k PCO。

　　協同作(zuo)用的(de)(de)一個原因(yin)是(shi)有(you)(you)機(ji)分子(zi)從吸附(fu)劑到直接附(fu)著在活(huo)性(xing)(xing)炭上的(de)(de)光(guang)催化劑顆粒的(de)(de)短擴散(san)途徑。因(yin)此，已經發現了PCO /活(huo)性(xing)(xing)炭混合工藝SF與(yu)(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭和光(guang)催化劑顆粒之間的(de)(de)界面(mian)積(ji)(ji)有(you)(you)關。TiO 增加(jia)了與(yu)(yu)活(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)界面(mian)接觸和協同作(zuo)用。但當接觸面(mian)積(ji)(ji)超過光(guang)催化劑總(zong)表(biao)面(mian)的(de)(de)50%時，協同效應(ying)降低。

　　此外(wai)，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭微晶表面(mian)(mian)的(de)特定官(guan)能團(如羧甲酸或環醚基)被假位(wei)(wei)于TiO 2表面(mian)(mian)上的(de)Ti中(zhong)(zhong)心]協調(diao)相互(hu)作用(yong)，特別(bie)是以(yi)(yi)銳鈦礦的(de)形式，主要是TiO 2修改P25。銳鈦礦表現出比金紅(hong)石更高(gao)的(de)氧原子(zi)空位(wei)(wei)(即氧配(pei)體(ti)(ti)缺陷)。的(de)Ti電(dian)(dian)(dian)子(zi)光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)和吸附劑(ji)由含氧活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭官(guan)能表面(mian)(mian)基團中(zhong)(zhong)心協調(diao)。假設光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)中(zhong)(zhong)的(de)光(guang)(guang)移動電(dian)(dian)(dian)子(zi)可以(yi)(yi)這樣轉(zhuan)移到(dao)相鄰的(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表面(mian)(mian)。因(yin)此，光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)內的(de)光(guang)(guang)誘導電(dian)(dian)(dian)子(zi)和空穴(xue)的(de)重組減少，導致孔的(de)壽(shou)命(ming)延長(chang)，并且它們到(dao)達光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)表面(mian)(mian)的(de)可能性(xing)(xing)(xing)更高(gao)，從而更有效地氧化(hua)(hua)在光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)附近的(de)有機物光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)。光(guang)(guang)催化(hua)(hua)劑(ji)/活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭界面(mian)(mian)面(mian)(mian)積和兩種固體(ti)(ti)之間的(de)電(dian)(dian)(dian)荷(電(dian)(dian)(dian)子(zi)或空穴(xue))轉(zhuan)移受到(dao)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表面(mian)(mian)化(hua)(hua)學(因(yin)此源(yuan)材料和活(huo)(huo)化(hua)(hua)過(guo)(guo)程)的(de)影響。因(yin)此，只有特定的(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭PCO /在活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭組合過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)引起(qi)協同效應(ying)。

　　在PCO在實驗中(zhong)，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)微晶(jing)中(zhong)的石(shi)墨(mo)烯(xi)層結構(gou)也(ye)影響(xiang)光(guang)催化TiO 2 /活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)系統協同作用(yong)程(cheng)度。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的電導率越(yue)(yue)高，石(shi)墨(mo)烯(xi)層紊(wen)亂越(yue)(yue)低(di)(即與純(chun)石(shi)墨(mo)結構(gou)越(yue)(yue)近)。當(dang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)中(zhong)石(shi)墨(mo)微晶(jing)的電子(zi)(zi)半導體性(xing)(xing)(xing)(xing)足夠時，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)可以(yi)從接觸(chu)光(guang)中(zhong)轉移TiO 注(zhu)入的電荷載流子(zi)(zi)粒子(zi)(zi)。添(tian)加特(te)定(ding)的活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)類(lei)型PCO這支持(chi)了光(guang)觸(chu)媒(mei)內(nei)空穴電子(zi)(zi)重組抑制的上述效果。一(yi)般(ban)來說，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)是(shi)PCO與活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)吸附的協同作用(yong)非(fei)常復(fu)雜。

　　添加(jia)特(te)(te)(te)定的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)會導致TiO 2基酚PCO速率常數增加(jia)。因此，盡管使用(yong)(yong)不(bu)(bu)同(tong)類(lei)型的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)類(lei)型UV燈與(yu)(yu)其它稍有不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)實驗(yan)條件，但文(wen)獻中(zhong)描(miao)述的(de)(de)(de)(de)實驗(yan)可以再現。苯酚中(zhong)有不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)PCO中(zhong)沒有產生(sheng)任何協同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)，證實僅具(ju)有特(te)(te)(te)定性(xing)質的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)能(neng)(neng)夠(gou)提高PCO速率常數。脂肪(fang)族化合(he)物通過添加(jia)特(te)(te)(te)殊活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)脂肪(fang)族化合(he)物PCO由活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)顆粒(li)引起的(de)(de)(de)(de)光(guang)催化劑明顯遮擋甚至被抑(yi)制。當檢測到協同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)時，可能(neng)(neng)補償了抑(yi)制性(xing)陰影效應。假設與(yu)(yu)特(te)(te)(te)定活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)添加(jia)的(de)(de)(de)(de)協同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)僅發生(sheng)在芳族化合(he)物中(zhong)PCO中(zhong)。他們的(de)(de)(de)(de)π- π與(yu)(yu)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)顆粒(li)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)石墨烯層(ceng)或特(te)(te)(te)定的(de)(de)(de)(de)官能(neng)(neng)表(biao)面基團相互作(zuo)用(yong)(yong)，可假定為協同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)先決條件。

　　五重(zhong)濃縮(suo)生物預處(chu)理(li)灰水(shui)PCO不受特定(ding)活(huo)性炭(tan)添加的(de)抑制或(huo)增(zeng)強(qiang)。由于(yu)高(gao)比(bi)例的(de)灰水(shui)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)物不能吸附在活(huo)性炭(tan)上，因(yin)此可(ke)以防止(zhi)廢水(shui)中有(you)(you)(you)害(hai)物質(zhi)（包括芳(fang)香族結構）的(de)協(xie)同作用。然而(er)，將活(huo)性炭(tan)添加到生物預處(chu)理(li)灰水(shui)中PCO由于(yu)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)物的(de)吸附，因(yin)為有(you)(you)(you)機(ji)(ji)物的(de)吸附和去除增(zeng)加了光催化(hua)礦化(hua)的(de)去除。結果(guo)強(qiang)調(diao)，實(shi)際廢水(shui)研究的(de)協(xie)同作用是重(zhong)要的(de)，而(er)不是苯酚等模(mo)型有(you)(you)(you)機(ji)(ji)物的(de)純水(shui)溶液。