活性炭載卟啉光催化劑用于水處理
活性炭載卟啉光催化劑用于水處理
傳統(tǒng)的水處理方法，如氯化法，主要集中在微生物去污上。雖然能去除水中大多數(shù)致病細(xì)菌和原生動物，但是也會與水中的大多數(shù)天然和合成有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生鹵代消毒副產(chǎn)物。解決這個(gè)問題的方法是整合活性炭吸附和光催化過程，使用活性炭通過增加氧官能團(tuán)進(jìn)行改性作為載體，這有助于增強(qiáng)卟啉和活性炭顆粒之間的相互作用，并消除任何卟啉化合物浸出到水中的情況。盡管所有含碳物質(zhì)都可以很容易地轉(zhuǎn)化為活性炭，但椰殼因其固有的機(jī)械強(qiáng)度和高碳含量而受到青睞。
卟啉固定在氧功能化活性炭上
通過將卟啉溶解在乙醇中至終濃度為0.5mm，在250mL燒瓶中制備卟啉溶液。然后，加入活性炭(2g)，然后回流直至溶液變澄清(約45分鐘)。從溶液中過濾出顆粒，用水洗滌數(shù)次，然后在烘箱中在110℃下干燥。最后將干燥的綴合物顆粒儲存在密封的玻璃容器中。掃描電子顯微鏡(SEM)用于研究活性炭載體和卟啉雜化物的表面形態(tài)。圖5顯示了樣品的詳細(xì)表面特征。活性炭樣品的圖像顯示了不同的孔結(jié)構(gòu)，包括沿表面的管狀結(jié)構(gòu)和活性炭的橫截面積，揭示了活性炭結(jié)構(gòu)的多孔特征，圖1(A)。當(dāng)活性炭樣品被酸氧化形成時(shí)，由于酸的刺激/降解作用，大多數(shù)大孔會塌陷，然后轉(zhuǎn)化活性炭表面形成更粗糙的紋理，形成更多的微孔，圖1(B)。與活性炭相比，官能化的活性炭樣品的EDS分析中氧峰和估計(jì)的原子百分比的增加說明了在氧功能化過程中發(fā)生的成功氧化過程。
圖1：(A)活性炭顆粒、(B)氧官能化活性炭顆粒和(C)活性炭載卟啉的SEM圖像。
光催化實(shí)驗(yàn)
亞甲基藍(lán)的聯(lián)合吸附-光解去除是在吸附實(shí)驗(yàn)之后立即用相同的樣品和染料溶液進(jìn)行的延續(xù)實(shí)驗(yàn)。如圖2所示，鹵素?zé)?80W)用作該實(shí)驗(yàn)的光源，在20℃的大氣壓下。玻璃濾光片用于截?cái)嘧贤夤?，而水用于濾除紅外光。就像在吸附步驟中一樣，殘留的亞甲藍(lán)濃度是通過紫外-可見光譜法(光度法)在30分鐘的時(shí)間間隔內(nèi)直接測定的。
圖2：實(shí)驗(yàn)裝置：使用白光光催化去除亞甲基藍(lán)。
光降解動力學(xué)
三種活性炭樣品的光催化降解亞甲藍(lán)實(shí)驗(yàn)。光催化實(shí)驗(yàn)使用鹵素?zé)粼诠庹障逻M(jìn)行，間隔30分鐘，持續(xù)3.5小時(shí)，隨后然后使用一階模型評估樣品降解實(shí)驗(yàn)的動力學(xué)，照射5小時(shí)后，活性炭載卟啉顯示出非常高的光催化活性，與其他樣品相比，觀察到的溶液要輕得多(圖3a)。ln(C0/Ct)與時(shí)間的線性關(guān)系圖如圖3b所示。活性炭表面上的電子分散使產(chǎn)生的電子-空穴對的復(fù)合最小化，從而增加了電荷載流子的壽命，從而增加了單線態(tài)氧和羥基自由基形成的機(jī)會。
圖3：(a)過濾可見光照射5小時(shí)后MB溶液的照片。(i)單獨(dú)的MB，(ii)MB與活性炭，(iii)MB與官能團(tuán)化活性炭，和(iv)MB與活性炭載卟啉，(b)亞甲藍(lán)降解的動力學(xué)線性模擬曲線。
活性炭載卟啉光催化劑用于水處理，在這項(xiàng)研究中，我們已經(jīng)證明了活性炭載卟啉作為去除亞甲基染料的集成光催化劑吸附劑的可行性。卟啉在氧功能化活性炭結(jié)構(gòu)上的多功能性以整合吸附和光催化意味著這種成光催化劑吸附劑可以很容易地結(jié)合到大型水流系統(tǒng)中，以完全去除有機(jī)和微生物污染物。
本文作者：董帝豪
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