活性炭吸附和異質光催化

　　本研究(jiu)的(de)(de)目的(de)(de)是評(ping)估在(zai)(zai)(zai)生物預處理(li)的(de)(de)灰水(shui)(shui)和(he)(he)極(ji)性(xing)(xing)(xing)脂肪(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物極(ji)性(xing)(xing)(xing)脂肪(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)中(zhong)添加(jia)(jia)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)是否具有(you)(you)(you)協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)(yong)(yong)，如(ru)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(he)(he)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)(yong)(yong)(yong)五(wu)倍濃(nong)縮的(de)(de)生物預處理(li)灰水(shui)(shui)和(he)(he)四(si)乙二(er)醇(chun)(chun)二(er)甲醚(mi)水(shui)(shui)溶(rong)(rong)液(ye)記(ji)錄光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)動力學(xue)P25存在(zai)(zai)(zai)和(he)(he)無活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)。協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)(yong)(yong)因子SF光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)率常數(shu)與(yu)無活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)存在(zai)(zai)(zai)下的(de)(de)速(su)率常數(shu)之比。灰水(shui)(shui)濃(nong)縮物沒有(you)(you)(you)觀察(cha)到協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)(yong)(yong)(SF≈1)。對(dui)于(yu)脂肪(fang)族(zu)(zu)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物，四(si)乙二(er)醇(chun)(chun)二(er)甲醚(mi)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)添加(jia)(jia)實際上是光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具有(you)(you)(you)抑制作用(yong)(yong)(yong)(yong)，在(zai)(zai)(zai)苯酚水(shui)(shui)溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)參(can)考(kao)實驗中(zhong)確認了協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)(yong)(yong)。通過(guo)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)對(dui)其有(you)(you)(you)機成分的(de)(de)低吸(xi)附，可以(yi)解釋灰水(shui)(shui)濃(nong)縮物沒有(you)(you)(you)協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)(yong)(yong)。四(si)乙二(er)醇(chun)(chun)二(er)甲醚(mi)的(de)(de)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)是由于(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)顆粒對(dui)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)屏蔽。假(jia)設混(hun)合(he)過(guo)程中(zhong)的(de)(de)協(xie)(xie)同(tong)作用(yong)(yong)(yong)(yong)僅限于(yu)芳香族(zu)(zu)有(you)(you)(you)機物。粉狀活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)添加(jia)(jia)有(you)(you)(you)利于(yu)有(you)(you)(you)機物的(de)(de)附加(jia)(jia)吸(xi)附和(he)(he)去除，光(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)導致活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)存在(zai)(zai)(zai)時有(you)(you)(you)機濃(nong)度降低60%紫(zi)外(wai)線照射(she)時間(jian)。

　　灰水(shui)比城市污(wu)水(shui)更好地再利用(yong)(yong)，因為它與衛生(sheng)用(yong)(yong)水(shui)和工業廢水(shui)分離，因為它含有低(di)濃度(du)的(de)營養物(wu)(wu)質、病原體和危險的(de)工業化(hua)學品。經過生(sheng)物(wu)(wu)處(chu)理(li)，即使在低(di)技術過程中，如間(jian)歇供應地下(xia)垂直流(liu)建造(zao)的(de)濕地，也會產生(sheng)總有機碳(TOC)濃度(du)在5-15 mg L -1范(fan)圍(wei)內的(de)流(liu)出物(wu)(wu)。此(ci)外，必(bi)須去除生(sheng)物(wu)(wu)處(chu)理(li)灰水(shui)中發現的(de)有機微污(wu)染物(wu)(wu)。實現這些目標的(de)可持續(xu)方法是太陽能(neng)異質光催化(hua)氧化(hua)(PCO)懸浮在廢水(shui)中的(de)半導體顆粒的(de)先進(jin)氧化(hua)過程。

　　因(yin)此，有(you)必要制(zhi)定太(tai)陽能PCO策略更(geng)有(you)效。很有(you)前(qian)途的(de)技術是PCO結合(he)活性炭(tan)(tan)吸附。含苯酚模型(xing)廢水已經(jing)顯示出這種(zhong)特定活性炭(tan)(tan)類型(xing)的(de)存在，導致(zhi)了改善PCO常(chang)數(shu)為4-氯苯酚、咖啡酸、2、4-二氯苯氧(yang)乙酸、氯丁酸。在PCO 活性炭(tan)(tan)組合(he)過(guo)程中觀察(cha)到的(de)協(xie)同(tong)作用通(tong)常(chang)基于協(xie)同(tong)因(yin)子(zi)(SF)，存在下的(de)PCO速率常(chang)數(shu)(k PCO_活性炭(tan)(tan)和活性炭(tan)(tan)不存在(k PCO)的(de)比例：SF=k PCO_活性炭(tan)(tan)/k PCO。

　　協(xie)同作用的一個(ge)原因是有(you)機(ji)分子從吸附劑(ji)到直接(jie)附著在(zai)活性(xing)炭(tan)(tan)上(shang)的光催(cui)化劑(ji)顆粒的短擴散途徑。因此(ci)，已經發現了(le)PCO /活性(xing)炭(tan)(tan)混(hun)合(he)工藝SF與(yu)活性(xing)炭(tan)(tan)和(he)光催(cui)化劑(ji)顆粒之(zhi)間(jian)的界面積有(you)關。TiO 增加了(le)與(yu)活性(xing)炭(tan)(tan)的界面接(jie)觸和(he)協(xie)同作用。但當接(jie)觸面積超過光催(cui)化劑(ji)總(zong)表面的50%時，協(xie)同效(xiao)應降低。

　　此(ci)外，活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭微(wei)晶表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)特(te)定官(guan)能團(tuan)(如羧甲(jia)酸(suan)或環醚基)被(bei)假位(wei)于(yu)TiO 2表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)上(shang)的(de)Ti中心]協調(diao)相互作用，特(te)別是以(yi)銳(rui)鈦礦(kuang)的(de)形(xing)式(shi)，主(zhu)要是TiO 2修改P25。銳(rui)鈦礦(kuang)表(biao)(biao)現出比金紅石更(geng)高(gao)的(de)氧原(yuan)子(zi)空(kong)位(wei)(即氧配體(ti)缺陷)。的(de)Ti電(dian)子(zi)光催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)和(he)(he)吸附劑(ji)(ji)(ji)由含氧活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭官(guan)能表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)基團(tuan)中心協調(diao)。假設(she)光催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)中的(de)光移(yi)動電(dian)子(zi)可(ke)(ke)以(yi)這(zhe)樣轉移(yi)到(dao)相鄰(lin)的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)。因(yin)此(ci)，光催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)內的(de)光誘導電(dian)子(zi)和(he)(he)空(kong)穴的(de)重組(zu)減少，導致(zhi)孔的(de)壽命延長，并且它們到(dao)達光催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)可(ke)(ke)能性(xing)(xing)(xing)更(geng)高(gao)，從而更(geng)有效(xiao)地氧化(hua)(hua)(hua)(hua)在光催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)附近的(de)有機物光催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)。光催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)/活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭界(jie)面(mian)(mian)(mian)面(mian)(mian)(mian)積和(he)(he)兩(liang)種固體(ti)之間的(de)電(dian)荷(電(dian)子(zi)或空(kong)穴)轉移(yi)受到(dao)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(因(yin)此(ci)源材(cai)料(liao)和(he)(he)活(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)(guo)程(cheng))的(de)影響。因(yin)此(ci)，只(zhi)有特(te)定的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭PCO /在活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭組(zu)合過(guo)(guo)程(cheng)中引起協同效(xiao)應。

　　在PCO在實(shi)驗中，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)微晶(jing)(jing)中的(de)石墨烯(xi)層結(jie)構也影響光(guang)催化TiO 2 /活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)系統協同作(zuo)用程(cheng)度(du)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)電導(dao)率越(yue)高，石墨烯(xi)層紊亂越(yue)低(即與(yu)純(chun)石墨結(jie)構越(yue)近(jin))。當活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中石墨微晶(jing)(jing)的(de)電子(zi)半導(dao)體(ti)性(xing)(xing)(xing)足夠時，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)可(ke)以從接觸(chu)光(guang)中轉移TiO 注入(ru)的(de)電荷載流(liu)子(zi)粒(li)子(zi)。添(tian)加特(te)定(ding)的(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)類(lei)型PCO這(zhe)支持了光(guang)觸(chu)媒內空穴電子(zi)重組(zu)抑(yi)制的(de)上(shang)述(shu)效(xiao)果。一般來說，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)特(te)性(xing)(xing)(xing)是PCO與(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)吸附(fu)的(de)協同作(zuo)用非常(chang)復雜。

　　添加特(te)(te)定(ding)的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)會導(dao)致(zhi)TiO 2基酚PCO速(su)(su)率常數增加。因此，盡管使用不(bu)同類型(xing)的(de)不(bu)同類型(xing)UV燈與其它(ta)稍有(you)(you)不(bu)同的(de)實(shi)驗條件，但(dan)文獻中描述的(de)實(shi)驗可以(yi)再現。苯酚中有(you)(you)不(bu)同的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)PCO中沒有(you)(you)產生任(ren)何協(xie)同作(zuo)用，證(zheng)實(shi)僅具有(you)(you)特(te)(te)定(ding)性(xing)質(zhi)的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)能夠(gou)提高(gao)PCO速(su)(su)率常數。脂(zhi)肪族(zu)化(hua)(hua)合物(wu)通過添加特(te)(te)殊活(huo)性(xing)炭(tan)和(he)脂(zhi)肪族(zu)化(hua)(hua)合物(wu)PCO由活(huo)性(xing)炭(tan)顆粒(li)引起的(de)光催化(hua)(hua)劑明顯遮擋甚至被(bei)抑(yi)(yi)制。當檢測到(dao)協(xie)同作(zuo)用時，可能補償了(le)抑(yi)(yi)制性(xing)陰影效應(ying)。假設與特(te)(te)定(ding)活(huo)性(xing)炭(tan)添加的(de)協(xie)同作(zuo)用僅發生在芳(fang)族(zu)化(hua)(hua)合物(wu)中PCO中。他(ta)們的(de)π- π與活(huo)性(xing)炭(tan)顆粒(li)中的(de)石墨烯層或特(te)(te)定(ding)的(de)官(guan)能表面基團相(xiang)互作(zuo)用，可假定(ding)為協(xie)同作(zuo)用的(de)先決條件。

　　五重(zhong)濃縮生(sheng)物(wu)(wu)預處理灰水PCO不(bu)受特定活(huo)性(xing)炭添加(jia)的(de)(de)抑制或增強(qiang)(qiang)。由(you)于高比例的(de)(de)灰水有機(ji)物(wu)(wu)不(bu)能吸(xi)附(fu)在活(huo)性(xing)炭上，因(yin)(yin)此可以防止(zhi)廢水中有害物(wu)(wu)質（包括芳香族結構）的(de)(de)協同作用。然而，將活(huo)性(xing)炭添加(jia)到生(sheng)物(wu)(wu)預處理灰水中PCO由(you)于有機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附(fu)，因(yin)(yin)為(wei)有機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)吸(xi)附(fu)和去(qu)除增加(jia)了(le)光催化(hua)礦化(hua)的(de)(de)去(qu)除。結果強(qiang)(qiang)調，實際廢水研究的(de)(de)協同作用是(shi)重(zhong)要的(de)(de)，而不(bu)是(shi)苯酚等模型有機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)純水溶液。