活性炭吸附和異質光催化

　　本(ben)研究的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)評估在生物(wu)(wu)預處理(li)的(de)(de)灰(hui)(hui)(hui)水(shui)和極性脂肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)極性脂肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)中(zhong)添加(jia)活(huo)性炭(tan)是(shi)否(fou)具有協(xie)(xie)(xie)(xie)同作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，如以(yi)前用(yong)(yong)苯酚證明的(de)(de)那樣(yang)。使用(yong)(yong)UV燈和光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)TiO 2.用(yong)(yong)五倍濃(nong)(nong)縮的(de)(de)生物(wu)(wu)預處理(li)灰(hui)(hui)(hui)水(shui)和四(si)乙二(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(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)動力學P25存(cun)(cun)在和無(wu)活(huo)性炭(tan)。協(xie)(xie)(xie)(xie)同作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)因子SF光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)率常數(shu)與無(wu)活(huo)性炭(tan)在活(huo)性炭(tan)存(cun)(cun)在下的(de)(de)速率常數(shu)之比。灰(hui)(hui)(hui)水(shui)濃(nong)(nong)縮物(wu)(wu)沒(mei)有觀(guan)察到協(xie)(xie)(xie)(xie)同作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(SF≈1)。對(dui)于(yu)脂肪族化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)，四(si)乙二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚(mi)(mi)，活(huo)性炭(tan)的(de)(de)添加(jia)實(shi)際(ji)上是(shi)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(SF (一)具有抑制作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，在苯酚水(shui)溶液(ye)的(de)(de)參考實(shi)驗(yan)中(zhong)確認了協(xie)(xie)(xie)(xie)同作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。通過活(huo)性炭(tan)對(dui)其有機成分的(de)(de)低吸附，可以(yi)解釋灰(hui)(hui)(hui)水(shui)濃(nong)(nong)縮物(wu)(wu)沒(mei)有協(xie)(xie)(xie)(xie)同作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。四(si)乙二(er)(er)(er)醇(chun)二(er)(er)(er)甲(jia)醚(mi)(mi)的(de)(de)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)由(you)于(yu)活(huo)性炭(tan)顆粒對(dui)光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)屏蔽。假設混合(he)過程中(zhong)的(de)(de)協(xie)(xie)(xie)(xie)同作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)僅限于(yu)芳香族有機物(wu)(wu)。粉狀活(huo)性炭(tan)的(de)(de)添加(jia)有利于(yu)有機物(wu)(wu)的(de)(de)附加(jia)吸附和去除，光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)導致(zhi)活(huo)性炭(tan)存(cun)(cun)在時(shi)有機濃(nong)(nong)度降低60%紫外線照射時(shi)間。

　　灰水(shui)比城市污水(shui)更好地(di)再利用(yong)，因為它與(yu)衛生(sheng)用(yong)水(shui)和(he)工業(ye)廢水(shui)分離，因為它含(han)有(you)低(di)濃(nong)度的營養物(wu)(wu)質、病原體和(he)危險(xian)的工業(ye)化學品。經過(guo)生(sheng)物(wu)(wu)處(chu)理(li)，即(ji)使在(zai)低(di)技術過(guo)程中，如間(jian)歇供應(ying)地(di)下垂(chui)直流建(jian)造的濕(shi)地(di)，也會產生(sheng)總(zong)有(you)機(ji)碳(tan)(TOC)濃(nong)度在(zai)5-15 mg L -1范圍內的流出物(wu)(wu)。此外，必須去除生(sheng)物(wu)(wu)處(chu)理(li)灰水(shui)中發現(xian)的有(you)機(ji)微污染(ran)物(wu)(wu)。實現(xian)這些目標的可持續方法是太陽(yang)能異質光催化氧(yang)化(PCO)懸浮在(zai)廢水(shui)中的半(ban)導體顆(ke)粒的先進氧(yang)化過(guo)程。

　　因此，有(you)必(bi)要制定太陽能PCO策略更有(you)效。很有(you)前途的技術是(shi)PCO結(jie)合活(huo)性(xing)炭吸附。含苯(ben)酚模型廢水已經顯示出這(zhe)種特定活(huo)性(xing)炭類型的存在(zai)，導致(zhi)了改善PCO常(chang)數為(wei)4-氯(lv)(lv)苯(ben)酚、咖啡(fei)酸、2、4-二氯(lv)(lv)苯(ben)氧乙酸、氯(lv)(lv)丁酸。在(zai)PCO 活(huo)性(xing)炭組合過(guo)程(cheng)中觀察到的協(xie)同(tong)(tong)作用通常(chang)基于(yu)協(xie)同(tong)(tong)因子(SF)，存在(zai)下的PCO速率(lv)常(chang)數(k PCO_活(huo)性(xing)炭和活(huo)性(xing)炭不存在(zai)(k PCO)的比例：SF=k PCO_活(huo)性(xing)炭/k PCO。

　　協(xie)同作用的(de)(de)(de)一個原因(yin)(yin)是有機分子從(cong)吸附(fu)劑(ji)到直接附(fu)著在活(huo)(huo)性炭(tan)上的(de)(de)(de)光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)顆(ke)粒的(de)(de)(de)短擴散途徑。因(yin)(yin)此，已經發現了(le)PCO /活(huo)(huo)性炭(tan)混合工藝SF與(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)和光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)顆(ke)粒之間的(de)(de)(de)界(jie)面(mian)積有關。TiO 增加了(le)與(yu)活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)界(jie)面(mian)接觸和協(xie)同作用。但當接觸面(mian)積超過(guo)光催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)總(zong)表面(mian)的(de)(de)(de)50%時，協(xie)同效(xiao)應(ying)降低。

　　此外，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)微晶表(biao)面(mian)(mian)的特(te)定官能團(tuan)(如羧甲酸(suan)或環醚(mi)基(ji))被(bei)假位于TiO 2表(biao)面(mian)(mian)上的Ti中(zhong)心]協調相互(hu)作(zuo)用(yong)，特(te)別是以銳鈦(tai)礦的形式，主(zhu)要是TiO 2修(xiu)改P25。銳鈦(tai)礦表(biao)現出比金紅石更(geng)高的氧原(yuan)子(zi)空位(即氧配體(ti)缺陷)。的Ti電(dian)子(zi)光(guang)(guang)(guang)催化(hua)劑(ji)(ji)(ji)和(he)(he)吸附劑(ji)(ji)(ji)由含氧活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)官能表(biao)面(mian)(mian)基(ji)團(tuan)中(zhong)心協調。假設光(guang)(guang)(guang)催化(hua)劑(ji)(ji)(ji)中(zhong)的光(guang)(guang)(guang)移(yi)(yi)動電(dian)子(zi)可(ke)(ke)以這樣(yang)轉移(yi)(yi)到相鄰的活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)。因(yin)(yin)此，光(guang)(guang)(guang)催化(hua)劑(ji)(ji)(ji)內的光(guang)(guang)(guang)誘導(dao)電(dian)子(zi)和(he)(he)空穴的重(zhong)組減少，導(dao)致孔的壽命延長，并(bing)且它們(men)到達光(guang)(guang)(guang)催化(hua)劑(ji)(ji)(ji)表(biao)面(mian)(mian)的可(ke)(ke)能性(xing)(xing)更(geng)高，從而更(geng)有(you)效地(di)氧化(hua)在光(guang)(guang)(guang)催化(hua)劑(ji)(ji)(ji)附近的有(you)機(ji)物光(guang)(guang)(guang)催化(hua)劑(ji)(ji)(ji)。光(guang)(guang)(guang)催化(hua)劑(ji)(ji)(ji)/活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)界面(mian)(mian)面(mian)(mian)積和(he)(he)兩(liang)種固體(ti)之(zhi)間的電(dian)荷(he)(電(dian)子(zi)或空穴)轉移(yi)(yi)受到活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)面(mian)(mian)化(hua)學(因(yin)(yin)此源材料和(he)(he)活(huo)(huo)化(hua)過程(cheng))的影響。因(yin)(yin)此，只(zhi)有(you)特(te)定的活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)PCO /在活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)組合過程(cheng)中(zhong)引(yin)起協同效應。

　　在PCO在實驗中(zhong)，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)微晶中(zhong)的(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)層結構也影響(xiang)光催(cui)化TiO 2 /活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)系統協(xie)同(tong)作用(yong)程(cheng)度。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)電(dian)(dian)(dian)導率越(yue)高，石(shi)墨(mo)烯(xi)層紊(wen)亂(luan)越(yue)低(di)(即與(yu)純石(shi)墨(mo)結構越(yue)近)。當活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)石(shi)墨(mo)微晶的(de)電(dian)(dian)(dian)子半導體性(xing)(xing)足夠時，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)可以從接觸(chu)光中(zhong)轉移(yi)TiO 注入(ru)的(de)電(dian)(dian)(dian)荷(he)載流子粒(li)子。添加特定(ding)的(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)類型PCO這支(zhi)持了光觸(chu)媒內空穴電(dian)(dian)(dian)子重組抑制的(de)上(shang)述效(xiao)果。一般來(lai)說，活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)特性(xing)(xing)是PCO與(yu)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)吸附的(de)協(xie)同(tong)作用(yong)非(fei)常復雜。

　　添(tian)加(jia)特定的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)會導致TiO 2基酚PCO速率常數增(zeng)加(jia)。因此，盡管(guan)使(shi)用不(bu)同(tong)類(lei)型的(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)類(lei)型UV燈與其它稍(shao)有不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)實驗條(tiao)件，但(dan)文獻中(zhong)(zhong)(zhong)描(miao)述的(de)(de)(de)(de)實驗可以再(zai)現。苯酚中(zhong)(zhong)(zhong)有不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)PCO中(zhong)(zhong)(zhong)沒(mei)有產生任何協(xie)同(tong)作(zuo)用，證(zheng)實僅(jin)具(ju)有特定性(xing)質的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)能夠提高PCO速率常數。脂肪族化(hua)合物(wu)通過添(tian)加(jia)特殊活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)和脂肪族化(hua)合物(wu)PCO由活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)顆粒(li)引起的(de)(de)(de)(de)光催化(hua)劑明(ming)顯遮(zhe)擋(dang)甚至被(bei)抑制(zhi)。當檢測(ce)到(dao)協(xie)同(tong)作(zuo)用時，可能補償(chang)了抑制(zhi)性(xing)陰影效(xiao)應(ying)。假設與特定活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)添(tian)加(jia)的(de)(de)(de)(de)協(xie)同(tong)作(zuo)用僅(jin)發生在芳族化(hua)合物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)PCO中(zhong)(zhong)(zhong)。他們的(de)(de)(de)(de)π- π與活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)顆粒(li)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)石墨烯(xi)層或(huo)特定的(de)(de)(de)(de)官能表面基團(tuan)相互作(zuo)用，可假定為協(xie)同(tong)作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)先決條(tiao)件。

　　五重濃縮生物預(yu)處(chu)理(li)灰(hui)水PCO不(bu)受(shou)特(te)定活(huo)(huo)性炭(tan)添(tian)加的(de)抑制或增(zeng)強。由于(yu)高比(bi)例的(de)灰(hui)水有(you)機物不(bu)能吸附(fu)在活(huo)(huo)性炭(tan)上，因此可以防止廢水中有(you)害物質（包括(kuo)芳香族(zu)結構）的(de)協同作用。然而，將活(huo)(huo)性炭(tan)添(tian)加到(dao)生物預(yu)處(chu)理(li)灰(hui)水中PCO由于(yu)有(you)機物的(de)吸附(fu)，因為有(you)機物的(de)吸附(fu)和去(qu)除(chu)增(zeng)加了光(guang)催化礦化的(de)去(qu)除(chu)。結果強調，實際廢水研究的(de)協同作用是重要的(de)，而不(bu)是苯酚等模型有(you)機物的(de)純(chun)水溶液。