本期的研究的是活性炭吸附與異質(zhì)光催化目的是評估在生物預(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力學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)與無活性炭的速率常數(shù)之比。灰水濃縮物沒有觀察到協(xié)同作用(SF≈1)。對于脂肪族化合物，四乙二醇二甲醚，活性炭的添加實際上對光催化(SF <1)具有抑制作用，而在使用苯酚水溶液的參考實驗中確認了協(xié)同作用。灰水濃縮物不具有協(xié)同作用可以通過活性炭對其有機成分的低吸附性來解釋。通過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光催化劑的遮蔽。假設(shè)混合過程中的協(xié)同作用僅限于芳香族有機物。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，因為由于有機物的附加吸附去除，光催化氧化導(dǎo)致當活性炭存在時有機濃度降低60%紫外線照射時間。

　　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，因為它含有較低濃度的營養(yǎng)物質(zhì)，病原體和危險的工業(yè)化學品。經(jīng)過生物處理，即使是在低技術(shù)過程中，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)的有機微污染物必須被去除。實現(xiàn)這些目標的可持續(xù)方式是太陽能異質(zhì)光催化氧化(PCO)的先進氧化過程，懸浮在廢水中的半導(dǎo)體顆粒的陽光照射。

　　因此，需要制定太陽能PCO更有效的策略。一個非常有前途的技術(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)同作用的一個原因是有機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，當接觸面積超過光催化劑總表面的50%時，協(xié)同效應(yīng)降低。

　　此外，活性炭微晶表面上的特定官能團(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，并且它們到達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物光催化劑。活性炭的表面化學(因此源材料和活化過程)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 /活性炭組合過程中引起協(xié)同效應(yīng)。

　　在PCO實驗中，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。當活性炭中石墨微晶的電子半導(dǎo)體性足夠時，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。當將特定的活性炭類型添加到PCO工藝中時，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驗條件，但是文獻中先前描述的實驗可以被再現(xiàn)。不同的活性炭在苯酚PCO中沒有產(chǎn)生任何協(xié)同作用，證實僅具有特定性質(zhì)的活性炭能夠提高PCO速率常數(shù)。通過添加特質(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。當檢測到協(xié)同作用時，可能補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。由于高比例的灰水有機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中可以被認為是有益的，因為有機物的吸附去除增加了光催化礦化的去除。結(jié)果強調(diào)，使用實際的廢水研究協(xié)同作用是重要的，而不是模型有機物如苯酚的純水溶液。

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