活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　本期的研究的是活性炭吸附与异质光催化目的是评估在生物预处理的灰水和极性脂肪族化合物的光催化氧化中添加活性炭是否具有协同作用，如以前用苯酚所证明的那样。使用UV灯和光催化剂TiO 2，用五倍浓缩的生物预处理的灰水和四乙二醇二甲醚水溶液记录光催化氧化动力学P25在存在和不存在活性炭的情况下。协同作用因子SF被量化为在活性炭存在下的光催化氧化速率常数与无活性炭的速率常数之比。灰水浓缩物没有观察到协同作用(SF≈1)。对于脂肪族化合物，四乙二醇二甲醚，活性炭的添加实际上对光催化(SF <1)具有抑制作用，而在使用苯酚水溶液的参考实验中确认了协同作用。灰水浓缩物不具有协同作用可以通过活性炭对其有机成分的低吸附性来解释。通过添加粉末状活性炭抑制四乙二醇二甲醚的光催化氧化归因于活性炭颗粒对光催化剂的遮蔽。假设混合过程中的协同作用仅限于芳香族有机物。不管在生物预处理的灰水情况下是否缺乏协同作用，粉末状活性炭的添加是有利的，因为由于有机物的附加吸附去除，光催化氧化导致当活性炭存在时有机浓度降低60%紫外线照射时间。

　　由于它与卫生用水和工业废水分离，灰水比城市污水更好地再利用，因为它含有较低浓度的营养物质，病原体和危险的工业化学品。经过生物处理，即使是在低技术过程中，如间歇地供给地下垂直流建造的湿地，产生的总有机碳(TOC)浓度在5-15 mg L -1范围内的流出物。此外，在生物处理的灰水中发现的有机微污染物必须被去除。实现这些目标的可持续方式是太阳能异质光催化氧化(PCO)的先进氧化过程，悬浮在废水中的半导体颗粒的阳光照射。

　　因此，需要制定太阳能PCO更有效的策略。一个非常有前途的技术是PCO与活性炭吸附的组合。已经显示该特定的活性炭类型的存在导致提高的对含苯酚模型废水PCO速率常数，4-氯苯酚，咖啡酸，2,4-二氯苯氧乙酸，氯丁酸。在PCO /活性炭组合过程中观察到的协同作用通常根据协同因子(SF)，存在下的PCO速率常数(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。

　　协同作用的一个原因是有机分子从吸附剂到直接粘附到活性炭上的光催化剂颗粒的短扩散途径。因此，已经发现用于PCO /活性炭混合工艺的SF与活性炭和光催化剂颗粒之间的界面面积有关。随着TiO 2和活性炭之间的界面接触增加，协同作用增加。然而，当接触面积超过光催化剂总表面的50%时，协同效应降低。

　　此外，活性炭微晶表面上的特定官能团(例如羧甲酸或环醚基)被假定为与位于TiO 2表面上的Ti中心]协调地相互作用，特别是以锐钛矿形式，其主要是TiO 2修改P25。锐钛矿表现出比金红石更高的氧原子空位(即氧配体缺陷)。的Ti的协调含氧活性炭官能表面基团中心使电子的光催化剂和吸附剂。假设光催化剂中的光致移动电子可以以这种方式转移到相邻的活性炭表面。因此，光催化剂内的光诱导电子和空穴的重组减少，导致孔的寿命延长，并且它们到达光催化剂表面的可能性更高，从而更有效地氧化在光催化剂附近的有机物光催化剂。活性炭的表面化学(因此源材料和活化过程)影响光催化剂/活性炭界面面积和两种固体之间的电荷(电子或空穴)转移。因此，只有特定的活性炭在PCO /活性炭组合过程中引起协同效应。

　　在PCO实验中，在不同条件下活化的锯屑衍生碳存在下，有活性炭微晶中石墨烯层结构也影响光催化TiO 2 /活性炭体系协同作用的程度。石墨烯层的紊乱越低(即它们与纯石墨的结构越接近)，活性炭的电导率越高。当活性炭中石墨微晶的电子半导体性足够时，活性炭能够转移从接触光激发的TiO 2注入的电荷载流子粒子。当将特定的活性炭类型添加到PCO工艺中时，这支持了光触媒内空穴电子重组抑制的上述效果。总体而言，活性炭特性对PCO与活性炭吸附协同作用的影响非常复杂。

　　在添加特定活性炭会导致TiO 2基酚PCO的速率常数增加。因此，尽管使用不同类型的UV灯和其他略微不同的实验条件，但是文献中先前描述的实验可以被再现。不同的活性炭在苯酚PCO中没有产生任何协同作用，证实仅具有特定性质的活性炭能够提高PCO速率常数。通过添加特质活性炭，脂肪族化合物的PCO甚至被抑制，明显地是由活性炭颗粒引起的光催化剂遮蔽。当检测到协同作用时，可能补偿了抑制性阴影效应。假设与特定活性炭添加的协同作用仅发生在芳族化合物的PCO中。他们的π- π与活性炭颗粒内的石墨烯层或特定官能表面基团相互作用，可以假定为协同作用的先决条件。

　　五重浓缩生物预处理的灰水的PCO既不被特定活性炭添加抑制也不增强。由于高比例的灰水有机物不能吸附在活性炭上，所以可预防这种废水中存在的有害物质(其中还含有芳香族结构)的协同作用。然而，将活性炭添加到生物预处理的灰水的PCO中可以被认为是有益的，因为有机物的吸附去除增加了光催化矿化的去除。结果强调，使用实际的废水研究协同作用是重要的，而不是模型有机物如苯酚的纯水溶液。

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