活性炭吸附和異質光催化

　　本研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)評估在生物(wu)預處理的(de)(de)(de)(de)灰水(shui)(shui)和(he)極(ji)性(xing)(xing)(xing)脂肪族化(hua)(hua)(hua)合物(wu)極(ji)性(xing)(xing)(xing)脂肪族化(hua)(hua)(hua)合物(wu)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)中(zhong)添加活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)是(shi)(shi)否具有(you)協(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)(yong)，如(ru)以(yi)前用(yong)(yong)(yong)苯(ben)酚(fen)證明的(de)(de)(de)(de)那(nei)樣。使(shi)用(yong)(yong)(yong)UV燈和(he)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)(yong)(yong)五倍濃縮的(de)(de)(de)(de)生物(wu)預處理灰水(shui)(shui)和(he)四(si)乙二(er)醇(chun)二(er)甲(jia)(jia)醚(mi)水(shui)(shui)溶液記錄光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)動力學P25存(cun)在和(he)無(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)。協(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)(yong)因子SF光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)率常(chang)數(shu)與無(wu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)在活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)存(cun)在下的(de)(de)(de)(de)速率常(chang)數(shu)之比。灰水(shui)(shui)濃縮物(wu)沒(mei)有(you)觀察到(dao)協(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(SF≈1)。對于(yu)(yu)(yu)脂肪族化(hua)(hua)(hua)合物(wu)，四(si)乙二(er)醇(chun)二(er)甲(jia)(jia)醚(mi)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)添加實際(ji)上(shang)是(shi)(shi)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具有(you)抑制(zhi)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)，在苯(ben)酚(fen)水(shui)(shui)溶液的(de)(de)(de)(de)參考實驗中(zhong)確(que)認了(le)協(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)(yong)。通過活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)對其有(you)機(ji)(ji)成(cheng)分的(de)(de)(de)(de)低(di)吸附，可以(yi)解釋灰水(shui)(shui)濃縮物(wu)沒(mei)有(you)協(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)(yong)。四(si)乙二(er)醇(chun)二(er)甲(jia)(jia)醚(mi)的(de)(de)(de)(de)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)是(shi)(shi)由(you)于(yu)(yu)(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)顆粒對光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)屏蔽。假(jia)設混合過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)協(xie)同作(zuo)用(yong)(yong)(yong)僅(jin)限于(yu)(yu)(yu)芳香族有(you)機(ji)(ji)物(wu)。粉狀活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)添加有(you)利于(yu)(yu)(yu)有(you)機(ji)(ji)物(wu)的(de)(de)(de)(de)附加吸附和(he)去除，光(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)氧化(hua)(hua)(hua)導致活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)存(cun)在時有(you)機(ji)(ji)濃度降低(di)60%紫外線照射時間。

　　灰水(shui)(shui)比(bi)城(cheng)市污(wu)水(shui)(shui)更好地再利(li)用，因為它與(yu)衛生(sheng)用水(shui)(shui)和(he)(he)工業廢水(shui)(shui)分離，因為它含(han)有低濃度(du)的營(ying)養物(wu)質(zhi)、病原體和(he)(he)危險的工業化(hua)學品。經過(guo)(guo)生(sheng)物(wu)處理(li)，即使在(zai)低技術過(guo)(guo)程(cheng)中，如間歇供(gong)應(ying)地下(xia)垂直流建造(zao)的濕地，也會(hui)產生(sheng)總有機碳(TOC)濃度(du)在(zai)5-15 mg L -1范(fan)圍內(nei)的流出物(wu)。此外(wai)，必須去(qu)除生(sheng)物(wu)處理(li)灰水(shui)(shui)中發現(xian)的有機微(wei)污(wu)染物(wu)。實現(xian)這些目標的可持續(xu)方法是太(tai)陽能異質(zhi)光催化(hua)氧(yang)(yang)化(hua)(PCO)懸浮在(zai)廢水(shui)(shui)中的半導體顆粒的先進(jin)氧(yang)(yang)化(hua)過(guo)(guo)程(cheng)。

　　因(yin)此，有(you)必要制定(ding)太(tai)陽能PCO策(ce)略更有(you)效。很有(you)前(qian)途的技(ji)術是PCO結合(he)活性炭(tan)吸(xi)附。含苯酚(fen)模型廢水(shui)已經顯(xian)示出這種特定(ding)活性炭(tan)類型的存(cun)在(zai)，導致(zhi)了(le)改善PCO常(chang)數(shu)為(wei)4-氯(lv)苯酚(fen)、咖啡酸(suan)(suan)、2、4-二氯(lv)苯氧乙酸(suan)(suan)、氯(lv)丁酸(suan)(suan)。在(zai)PCO 活性炭(tan)組合(he)過程中(zhong)觀(guan)察到的協同作(zuo)用通常(chang)基于(yu)協同因(yin)子(SF)，存(cun)在(zai)下的PCO速(su)率常(chang)數(shu)(k PCO_活性炭(tan)和活性炭(tan)不存(cun)在(zai)(k PCO)的比例(li)：SF=k PCO_活性炭(tan)/k PCO。

　　協(xie)同作用的(de)(de)(de)(de)一個原因(yin)是有機分(fen)子從吸附(fu)劑到直接(jie)附(fu)著(zhu)在活(huo)(huo)性炭上的(de)(de)(de)(de)光催(cui)(cui)化(hua)劑顆粒的(de)(de)(de)(de)短擴散(san)途(tu)徑。因(yin)此，已(yi)經發現了PCO /活(huo)(huo)性炭混合工(gong)藝SF與活(huo)(huo)性炭和光催(cui)(cui)化(hua)劑顆粒之間的(de)(de)(de)(de)界面(mian)積(ji)(ji)有關(guan)。TiO 增加了與活(huo)(huo)性炭的(de)(de)(de)(de)界面(mian)接(jie)觸(chu)和協(xie)同作用。但(dan)當接(jie)觸(chu)面(mian)積(ji)(ji)超過(guo)光催(cui)(cui)化(hua)劑總表面(mian)的(de)(de)(de)(de)50%時(shi)，協(xie)同效應降(jiang)低。

　　此(ci)(ci)外，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)微(wei)晶表(biao)面的(de)(de)(de)特定(ding)官能團(tuan)(如(ru)羧甲酸或環醚基)被假(jia)位于(yu)TiO 2表(biao)面上(shang)的(de)(de)(de)Ti中心]協(xie)(xie)調(diao)相(xiang)互作用，特別是(shi)以銳鈦(tai)礦的(de)(de)(de)形式，主(zhu)要(yao)是(shi)TiO 2修(xiu)改(gai)P25。銳鈦(tai)礦表(biao)現出比(bi)金紅石更高的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)原子(zi)空位(即氧(yang)(yang)(yang)配體(ti)(ti)缺陷)。的(de)(de)(de)Ti電(dian)(dian)子(zi)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑和(he)吸附劑由含氧(yang)(yang)(yang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)官能表(biao)面基團(tuan)中心協(xie)(xie)調(diao)。假(jia)設(she)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑中的(de)(de)(de)光(guang)(guang)移動電(dian)(dian)子(zi)可以這樣轉(zhuan)移到(dao)相(xiang)鄰的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面。因(yin)(yin)此(ci)(ci)，光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑內的(de)(de)(de)光(guang)(guang)誘導電(dian)(dian)子(zi)和(he)空穴的(de)(de)(de)重組減少，導致(zhi)孔(kong)的(de)(de)(de)壽命(ming)延長，并且(qie)它們(men)到(dao)達光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑表(biao)面的(de)(de)(de)可能性(xing)(xing)更高，從(cong)而更有(you)效地(di)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)在光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑附近的(de)(de)(de)有(you)機物光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑。光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑/活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)界面面積和(he)兩種固體(ti)(ti)之間的(de)(de)(de)電(dian)(dian)荷(he)(電(dian)(dian)子(zi)或空穴)轉(zhuan)移受到(dao)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)表(biao)面化(hua)(hua)(hua)學(因(yin)(yin)此(ci)(ci)源材(cai)料和(he)活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程)的(de)(de)(de)影響(xiang)。因(yin)(yin)此(ci)(ci)，只有(you)特定(ding)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)PCO /在活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)組合過(guo)程中引起協(xie)(xie)同效應(ying)。

　　在(zai)PCO在(zai)實驗中(zhong)，活(huo)性(xing)炭(tan)微晶中(zhong)的(de)石墨(mo)(mo)烯(xi)層結構也影響光(guang)催(cui)化TiO 2 /活(huo)性(xing)炭(tan)系統協(xie)同作用程(cheng)度(du)。活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)電導(dao)(dao)率越高，石墨(mo)(mo)烯(xi)層紊亂越低(di)(即與純石墨(mo)(mo)結構越近)。當活(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)石墨(mo)(mo)微晶的(de)電子半導(dao)(dao)體性(xing)足夠時，活(huo)性(xing)炭(tan)可(ke)以從接觸光(guang)中(zhong)轉移(yi)TiO 注入的(de)電荷載流子粒子。添加特定(ding)的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)類型PCO這支(zhi)持了光(guang)觸媒(mei)內(nei)空(kong)穴電子重組抑制(zhi)的(de)上述效果。一般(ban)來說，活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)特性(xing)是PCO與活(huo)性(xing)炭(tan)吸附(fu)的(de)協(xie)同作用非常復雜。

　　添(tian)加特(te)(te)定(ding)的(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)會導致TiO 2基(ji)酚PCO速率(lv)常數增(zeng)加。因此，盡管(guan)使用不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)類型的(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)類型UV燈(deng)與其它稍有(you)(you)不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)實驗(yan)條件(jian)，但文(wen)獻中(zhong)描述的(de)實驗(yan)可(ke)以再現。苯(ben)酚中(zhong)有(you)(you)不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)PCO中(zhong)沒有(you)(you)產生任何(he)協(xie)(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用，證實僅具有(you)(you)特(te)(te)定(ding)性(xing)(xing)(xing)質的(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)能(neng)夠(gou)提(ti)高PCO速率(lv)常數。脂(zhi)肪(fang)族化(hua)合物(wu)通(tong)過添(tian)加特(te)(te)殊(shu)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)和脂(zhi)肪(fang)族化(hua)合物(wu)PCO由活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)顆(ke)(ke)粒(li)引起的(de)光催化(hua)劑明(ming)顯遮(zhe)擋(dang)甚至被抑(yi)制(zhi)。當檢測到協(xie)(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用時(shi)，可(ke)能(neng)補償了(le)抑(yi)制(zhi)性(xing)(xing)(xing)陰影效應。假(jia)設(she)與特(te)(te)定(ding)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)添(tian)加的(de)協(xie)(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用僅發(fa)生在芳族化(hua)合物(wu)中(zhong)PCO中(zhong)。他(ta)們的(de)π- π與活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)顆(ke)(ke)粒(li)中(zhong)的(de)石墨(mo)烯層(ceng)或特(te)(te)定(ding)的(de)官(guan)能(neng)表面基(ji)團相(xiang)互作(zuo)用，可(ke)假(jia)定(ding)為協(xie)(xie)同(tong)(tong)(tong)作(zuo)用的(de)先(xian)決條件(jian)。

　　五重(zhong)濃縮生物(wu)(wu)預處理灰(hui)水(shui)PCO不(bu)受特定活性炭添(tian)加的(de)抑制或增(zeng)強(qiang)。由于高比例的(de)灰(hui)水(shui)有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)不(bu)能(neng)吸(xi)附在活性炭上，因此可(ke)以防(fang)止廢水(shui)中(zhong)有(you)害物(wu)(wu)質（包(bao)括芳香族結構）的(de)協(xie)同(tong)作用。然而，將活性炭添(tian)加到生物(wu)(wu)預處理灰(hui)水(shui)中(zhong)PCO由于有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)的(de)吸(xi)附，因為有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)的(de)吸(xi)附和去(qu)除增(zeng)加了(le)光催化礦(kuang)化的(de)去(qu)除。結果強(qiang)調，實際廢水(shui)研(yan)究(jiu)的(de)協(xie)同(tong)作用是重(zhong)要的(de)，而不(bu)是苯酚等(deng)模(mo)型有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)的(de)純水(shui)溶液(ye)。