本期的研究的是活性炭吸附與異質(zhì)光催化目的是評(píng)估在生物預(yù)處理的灰水和極性脂肪族化合物的光催化氧化中添加活性炭是否具有協(xié)同作用，如以前用苯酚所證明的那樣。使用UV燈和光催化劑TiO 2，用五倍濃縮的生物預(yù)處理的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在存在和不存在活性炭的情況下。協(xié)同作用因子SF被量化為在活性炭存在下的光催化氧化速率常數(shù)與無(wú)活性炭的速率常數(shù)之比。灰水濃縮物沒(méi)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)際上對(duì)光催化(SF <1)具有抑制作用，而在使用苯酚水溶液的參考實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)了協(xié)同作用。灰水濃縮物不具有協(xié)同作用可以通過(guò)活性炭對(duì)其有機(jī)成分的低吸附性來(lái)解釋。通過(guò)添加粉末狀活性炭抑制四乙二醇二甲醚的光催化氧化歸因于活性炭顆粒對(duì)光催化劑的遮蔽。假設(shè)混合過(guò)程中的協(xié)同作用僅限于芳香族有機(jī)物。不管在生物預(yù)處理的灰水情況下是否缺乏協(xié)同作用，粉末狀活性炭的添加是有利的，因?yàn)橛捎谟袡C(jī)物的附加吸附去除，光催化氧化導(dǎo)致當(dāng)活性炭存在時(shí)有機(jī)濃度降低60%紫外線照射時(shí)間。

　　由于它與衛(wèi)生用水和工業(yè)廢水分離，灰水比城市污水更好地再利用，因?yàn)樗�含有較低濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，病原體和危險(xiǎn)的工業(yè)化學(xué)品。經(jīng)過(guò)生物處理，即使是在低技術(shù)過(guò)程中，如間歇地供給地下垂直流建造的濕地，產(chǎn)生的總有機(jī)碳(TOC)濃度在5-15 mg L -1范圍內(nèi)的流出物。此外，在生物處理的灰水中發(fā)現(xiàn)的有機(jī)微污染物必須被去除。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的可持續(xù)方式是太陽(yáng)能異質(zhì)光催化氧化(PCO)的先進(jìn)氧化過(guò)程，懸浮在廢水中的半導(dǎo)體顆粒的陽(yáng)光照射。

　　因此，需要制定太陽(yáng)能PCO更有效的策略。一個(gè)非常有前途的技術(shù)是PCO與活性炭吸附的組合。已經(jīng)顯示該特定的活性炭類型的存在導(dǎo)致提高的對(duì)含苯酚模型廢水PCO速率常數(shù)，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(guò)程中觀察到的協(xié)同作用通常根據(jù)協(xié)同因子(SF)，存在下的PCO速率常數(shù)(k PCO_活性炭和活性炭的不存在(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粘附到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)用于PCO /活性炭混合工藝的SF與活性炭和光催化劑顆粒之間的界面面積有關(guān)。隨著TiO 2和活性炭之間的界面接觸增加，協(xié)同作用增加。然而，當(dāng)接觸面積超過(guò)光催化劑總表面的50%時(shí)，協(xié)同效應(yīng)降低。

　　此外，活性炭微晶表面上的特定官能團(tuán)(例如羧甲酸或環(huán)醚基)被假定為與位于TiO 2表面上的Ti中心]協(xié)調(diào)地相互作用，特別是以銳鈦礦形式，其主要是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的協(xié)調(diào)含氧活性炭官能表面基團(tuán)中心使電子的光催化劑和吸附劑。假設(shè)光催化劑中的光致移動(dòng)電子可以以這種方式轉(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(zhǎng)，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。活性炭的表面化學(xué)(因此源材料和活化過(guò)程)影響光催化劑/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。因此，只有特定的活性炭在PCO /活性炭組合過(guò)程中引起協(xié)同效應(yīng)。

　　在PCO實(shí)驗(yàn)中，在不同條件下活化的鋸屑衍生碳存在下，有活性炭微晶中石墨烯層結(jié)構(gòu)也影響光催化TiO 2 /活性炭體系協(xié)同作用的程度。石墨烯層的紊亂越低(即它們與純石墨的結(jié)構(gòu)越接近)，活性炭的電導(dǎo)率越高。當(dāng)活性炭中石墨微晶的電子半導(dǎo)體性足夠時(shí)，活性炭能夠轉(zhuǎn)移從接觸光激發(fā)的TiO 2注入的電荷載流子粒子。當(dāng)將特定的活性炭類型添加到PCO工藝中時(shí)，這支持了光觸媒內(nèi)空穴電子重組抑制的上述效果。總體而言，活性炭特性對(duì)PCO與活性炭吸附協(xié)同作用的影響非常復(fù)雜。

　　在添加特定活性炭會(huì)導(dǎo)致TiO 2基酚PCO的速率常數(shù)增加。因此，盡管使用不同類型的UV燈和其他略微不同的實(shí)驗(yàn)條件，但是文獻(xiàn)中先前描述的實(shí)驗(yàn)可以被再現(xiàn)。不同的活性炭在苯酚PCO中沒(méi)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)。通過(guò)添加特質(zhì)活性炭，脂肪族化合物的PCO甚至被抑制，明顯地是由活性炭顆粒引起的光催化劑遮蔽。當(dāng)檢測(cè)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)生在芳族化合物的PCO中。他們的π- π與活性炭顆粒內(nèi)的石墨烯層或特定官能表面基團(tuán)相互作用，可以假定為協(xié)同作用的先決條件。

　　五重濃縮生物預(yù)處理的灰水的PCO既不被特定活性炭添加抑制也不增強(qiáng)。由于高比例的灰水有機(jī)物不能吸附在活性炭上，所以可預(yù)防這種廢水中存在的有害物質(zhì)(其中還含有芳香族結(jié)構(gòu))的協(xié)同作用。然而，將活性炭添加到生物預(yù)處理的灰水的PCO中可以被認(rèn)為是有益的，因?yàn)橛袡C(jī)物的吸附去除增加了光催化礦化的去除。結(jié)果強(qiáng)調(diào)，使用實(shí)際的廢水研究協(xié)同作用是重要的，而不是模型有機(jī)物如苯酚的純水溶液。

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