活性炭吸附和異質(zhì)光催化

　　本研究的目的是評(píng)估在生物預(yù)處理的灰水和極性脂肪族化合物極性脂肪族化合物光催化氧化中添加活性炭是否具有協(xié)同作用，如以前用苯酚證明的那樣。使用UV燈和光催化劑TiO 2.用五倍濃縮的生物預(yù)處理灰水和四乙二醇二甲醚水溶液記錄光催化氧化動(dòng)力學(xué)P25存在和無活性炭。協(xié)同作用因子SF光催化氧化率常數(shù)與無活性炭在活性炭存在下的速率常數(shù)之比?；宜疂饪s物沒有觀察到協(xié)同作用(SF≈1)。對(duì)于脂肪族化合物，四乙二醇二甲醚，活性炭的添加實(shí)際上是光催化劑(SF (一)具有抑制作用，在苯酚水溶液的參考實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)了協(xié)同作用。通過活性炭對(duì)其有機(jī)成分的低吸附，可以解釋灰水濃縮物沒有協(xié)同作用。四乙二醇二甲醚的光催化氧化是由于活性炭顆粒對(duì)光催化劑的屏蔽。假設(shè)混合過程中的協(xié)同作用僅限于芳香族有機(jī)物。粉狀活性炭的添加有利于有機(jī)物的附加吸附和去除，光催化氧化導(dǎo)致活性炭存在時(shí)有機(jī)濃度降低60%紫外線照射時(shí)間。

　　灰水比城市污水更好地再利用，因?yàn)樗c衛(wèi)生用水和工業(yè)廢水分離，因?yàn)樗械蜐舛鹊臓I養(yǎng)物質(zhì)、病原體和危險(xiǎn)的工業(yè)化學(xué)品。經(jīng)過生物處理，即使在低技術(shù)過程中，如間歇供應(yīng)地下垂直流建造的濕地，也會(huì)產(chǎn)生總有機(jī)碳(TOC)濃度在5-15 mg L -1范圍內(nèi)的流出物。此外，必須去除生物處理灰水中發(fā)現(xiàn)的有機(jī)微污染物。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的可持續(xù)方法是太陽能異質(zhì)光催化氧化(PCO)懸浮在廢水中的半導(dǎo)體顆粒的先進(jìn)氧化過程。

　　因此，有必要制定太陽能PCO策略更有效。很有前途的技術(shù)是PCO結(jié)合活性炭吸附。含苯酚模型廢水已經(jīng)顯示出這種特定活性炭類型的存在，導(dǎo)致了改善PCO常數(shù)為4-氯苯酚、咖啡酸、2、4-二氯苯氧乙酸、氯丁酸。在PCO 活性炭組合過程中觀察到的協(xié)同作用通常基于協(xié)同因子(SF)，存在下的PCO速率常數(shù)(k PCO_活性炭和活性炭不存在(k PCO)的比例：SF=k PCO_活性炭/k PCO。

　　協(xié)同作用的一個(gè)原因是有機(jī)分子從吸附劑到直接附著在活性炭上的光催化劑顆粒的短擴(kuò)散途徑。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了PCO /活性炭混合工藝SF與活性炭和光催化劑顆粒之間的界面積有關(guān)。TiO 增加了與活性炭的界面接觸和協(xié)同作用。但當(dāng)接觸面積超過光催化劑總表面的50%時(shí)，協(xié)同效應(yīng)降低。

　　此外，活性炭微晶表面的特定官能團(tuán)(如羧甲酸或環(huán)醚基)被假位于TiO 2表面上的Ti中心]協(xié)調(diào)相互作用，特別是以銳鈦礦的形式，主要是TiO 2修改P25。銳鈦礦表現(xiàn)出比金紅石更高的氧原子空位(即氧配體缺陷)。的Ti電子光催化劑和吸附劑由含氧活性炭官能表面基團(tuán)中心協(xié)調(diào)。假設(shè)光催化劑中的光移動(dòng)電子可以這樣轉(zhuǎn)移到相鄰的活性炭表面。因此，光催化劑內(nèi)的光誘導(dǎo)電子和空穴的重組減少，導(dǎo)致孔的壽命延長，并且它們到達(dá)光催化劑表面的可能性更高，從而更有效地氧化在光催化劑附近的有機(jī)物光催化劑。光催化劑/活性炭界面面積和兩種固體之間的電荷(電子或空穴)轉(zhuǎn)移受到活性炭表面化學(xué)(因此源材料和活化過程)的影響。因此，只有特定的活性炭PCO /在活性炭組合過程中引起協(xié)同效應(yīng)。

　　在PCO在實(shí)驗(yàn)中，活性炭微晶中的石墨烯層結(jié)構(gòu)也影響光催化TiO 2 /活性炭系統(tǒng)協(xié)同作用程度?；钚蕴康碾妼?dǎo)率越高，石墨烯層紊亂越低(即與純石墨結(jié)構(gòu)越近)。當(dāng)活性炭中石墨微晶的電子半導(dǎo)體性足夠時(shí)，活性炭可以從接觸光中轉(zhuǎn)移TiO 注入的電荷載流子粒子。添加特定的活性炭類型PCO這支持了光觸媒內(nèi)空穴電子重組抑制的上述效果。一般來說，活性炭的特性是PCO與活性炭吸附的協(xié)同作用非常復(fù)雜。

　　添加特定的活性炭會(huì)導(dǎo)致TiO 2基酚PCO速率常數(shù)增加。因此，盡管使用不同類型的不同類型UV燈與其它稍有不同的實(shí)驗(yàn)條件，但文獻(xiàn)中描述的實(shí)驗(yàn)可以再現(xiàn)。苯酚中有不同的活性炭PCO中沒有產(chǎn)生任何協(xié)同作用，證實(shí)僅具有特定性質(zhì)的活性炭能夠提高PCO速率常數(shù)。脂肪族化合物通過添加特殊活性炭和脂肪族化合物PCO由活性炭顆粒引起的光催化劑明顯遮擋甚至被抑制。當(dāng)檢測到協(xié)同作用時(shí)，可能補(bǔ)償了抑制性陰影效應(yīng)。假設(shè)與特定活性炭添加的協(xié)同作用僅發(fā)生在芳族化合物中PCO中。他們的π- π與活性炭顆粒中的石墨烯層或特定的官能表面基團(tuán)相互作用，可假定為協(xié)同作用的先決條件。

　　五重濃縮生物預(yù)處理灰水PCO不受特定活性炭添加的抑制或增強(qiáng)。由于高比例的灰水有機(jī)物不能吸附在活性炭上，因此可以防止廢水中有害物質(zhì)（包括芳香族結(jié)構(gòu)）的協(xié)同作用。然而，將活性炭添加到生物預(yù)處理灰水中PCO由于有機(jī)物的吸附，因?yàn)橛袡C(jī)物的吸附和去除增加了光催化礦化的去除。結(jié)果強(qiáng)調(diào)，實(shí)際廢水研究的協(xié)同作用是重要的，而不是苯酚等模型有機(jī)物的純水溶液。