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　　活性炭催化劑去除苯胺和苯并噻唑廢水

　　苯胺和苯并噻唑是廢水中頑固的化合物，這些化合物很難通過傳統(tǒng)技術(shù)去除。像這種污染物的產(chǎn)生卻是日常使用的產(chǎn)品，通過農(nóng)業(yè)、工業(yè)、運輸和能源等活動不斷添加到水生環(huán)境中。為了在廢水中去除這兩種頑固化合物，我們研究了在流化床反應(yīng)器中操作的多相光催化的組合，以增加傳質(zhì)并減少反應(yīng)時間。該工藝使用負載在具有環(huán)保特性的活性炭上的二氧化錳催化劑。來實現(xiàn)高去除率和礦化率，并有助于將該工藝擴大到工業(yè)水平，用于處理含有頑固污染物的工業(yè)廢水。

　　UV-A中試設(shè)備描述和實驗程序

　　苯胺和苯并噻唑包含在工業(yè)廢水在測試規(guī)模下的UV-A-光反應(yīng)器中除去圖1。是由一個46cm長、2.10L不銹鋼管式反應(yīng)器和一個25W多色UV-A燈組成，由石英保護管并軸向定位在圓柱形不銹鋼光反應(yīng)器中。實驗以分批模式運行。

　　圖1：中試規(guī)模的流化床光反應(yīng)器示意圖，用于從工業(yè)廢水中去除苯胺和苯并噻唑的光催化和吸附實驗。

　　活性炭催化劑等表征

　　光催化過程中使用的復(fù)合結(jié)構(gòu)類型可以決定結(jié)果。圖2顯示了粉末二氧化錳、活性炭和活性炭載錳催化劑結(jié)構(gòu)的SEM和HRTEM圖像。圖2a、b表明α-MnO2相具有典型的針狀基本八面體結(jié)構(gòu)形態(tài)，長約3mm，寬約50-250nm，質(zhì)地光滑。在使用不同氧化錳相進行的比較研究中。如在所示圖2B中，在非晶結(jié)構(gòu)中的缺陷可能陷阱激發(fā)的電子，延長載流子，其中的一些作者在有機污染物降解效率有相關(guān)的增加分離。然而，觀察到顆粒團聚的形成，這可能導(dǎo)致可用于光催化反應(yīng)的催化劑活性位點數(shù)量減少。圖2c、d顯示了微孔顆?；钚蕴康牡湫徒Y(jié)構(gòu)，具有高度粗糙的邊緣、不規(guī)則的空腔和細小的開孔。相比之下，圖2e和f中的圖像顯示海綿狀α-MnO2尺寸約為5μm的納米顆粒，負責(zé)增加孔的外表面和內(nèi)部。此外，納米顆粒分散良好，增加了光催化劑表面的不均勻性，有助于形成無團聚顆粒的多孔結(jié)構(gòu)，從而防止孔隙堵塞，從而降低新復(fù)合材料的催化和吸附性能。EDX光譜的半定量元素分析表明存在錳和活性炭。

　　圖2：SEM(左)和HRTEM(右)結(jié)構(gòu)顯微照片：(a，b)α-MnO2納米顆粒;(?，d)活性炭(e,f)合成了活性炭載錳復(fù)合材料。

　　活性炭復(fù)合光催化去除廢水中苯胺和苯并噻唑的測試

　　活性炭是廢水處理行業(yè)中常用的吸附劑，用于截留大部分污染物。使用含有苯胺和苯并噻唑的工業(yè)廢水，比較了吸附和光催化過程對活性炭載錳復(fù)合材料的去除性能圖3。與吸附過程相比，光催化劑輻照顯著改善了苯胺和苯并噻唑的去除，無論是在輻照5小時后完成的初級降解方面，還是在礦化方面均達到86%，表明活性炭催化劑具有光催化活性。為了確定沉積在活性炭上的α-MnO2的貢獻，比較了光催化過程和活性炭的吸附能力，該活性炭是用作制備載錳活性炭催化劑復(fù)合材料的載體。結(jié)果是活性炭的UV-A照射對苯胺和苯并噻唑的去除或礦化沒有影響，無論溶液的pH值如何。這些發(fā)現(xiàn)證實沒有α-MnO2的活性炭在使用光源時不表現(xiàn)出光催化活性。

　　圖3：活性炭催化劑的吸附和光催化過程的去除效率。(a)初級降解，(b)礦化。

　　活性炭光催化和處理成本估算后的穩(wěn)定性

　　活性炭光催化劑在連續(xù)循環(huán)中持續(xù)保持其對苯胺和苯并噻唑去除的催化活性的能力對其實際應(yīng)用至關(guān)重要。因此，活性炭光催化劑經(jīng)歷了六次使用循環(huán)。如圖4所示，光催化劑在連續(xù)六個1小時反應(yīng)循環(huán)后顯示出相似的催化活性，保持84.7%的苯胺初級降解和67.0%的苯并噻唑初級降解，以及81.6%的礦化。

　　圖4：使用活性炭催化劑在六個重復(fù)循環(huán)內(nèi)對苯胺和苯并噻唑進行光催化降解的可重復(fù)使用性測試。(a)苯胺和苯并噻唑的初級降解(b)礦化。

　　活性炭催化劑用于在流化床光反應(yīng)器中處理含有苯胺和苯并噻唑的工業(yè)廢水。對材料特性的研究強調(diào)了通過XRD分析在復(fù)合材料中存在α-MnO2晶體。類似地，SEM、HRTEM和AFM圖像顯示MnO2顆粒在活性炭表面上具有良好的分散性。經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)1小時后，苯胺和苯并噻唑的去除率分別為84.7%和67.0%，礦化率為81.6%。表明本研究中處理的污水具有返回水環(huán)境的合適佳條件。新型活性炭光催化劑在六次循環(huán)后表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，經(jīng)濟處理成本很合適，從而顯示出實際應(yīng)用的潛力。