活性炭载卟啉光催化剂用于水处理

　　传统的水处理方法，如氯化法，主要集中在微生物去污上。虽然能去除水中大多数致病细菌和原生动物，但是也会与水中的大多数天然和合成有机物发生反应，产生卤代消毒副产物。解决这个问题的方法是整合活性炭吸附和光催化过程，使用活性炭通过增加氧官能团进行改性作为载体，这有助于增强卟啉和活性炭颗粒之间的相互作用，并消除任何卟啉化合物浸出到水中的情况。尽管所有含碳物质都可以很容易地转化为活性炭，但椰壳因其固有的机械强度和高碳含量而受到青睐。

　　卟啉固定在氧功能化活性炭上

　　通过将卟啉溶解在乙醇中至终浓度为0.5mm，在250mL烧瓶中制备卟啉溶液。然后，加入活性炭(2g)，然后回流直至溶液变澄清(约45分钟)。从溶液中过滤出颗粒，用水洗涤数次，然后在烘箱中在110℃下干燥。最后将干燥的缀合物颗粒储存在密封的玻璃容器中。扫描电子显微镜(SEM)用于研究活性炭载体和卟啉杂化物的表面形态。图5显示了样品的详细表面特征。活性炭样品的图像显示了不同的孔结构，包括沿表面的管状结构和活性炭的横截面积，揭示了活性炭结构的多孔特征，图1(A)。当活性炭样品被酸氧化形成时，由于酸的刺激/降解作用，大多数大孔会塌陷，然后转化活性炭表面形成更粗糙的纹理，形成更多的微孔，图1(B)。与活性炭相比，官能化的活性炭样品的EDS分析中氧峰和估计的原子百分比的增加说明了在氧功能化过程中发生的成功氧化过程。

　　图1：(A)活性炭颗粒、(B)氧官能化活性炭颗粒和(C)活性炭载卟啉的SEM图像。

　　光催化实验

　　亚甲基蓝的联合吸附-光解去除是在吸附实验之后立即用相同的样品和染料溶液进行的延续实验。如图2所示，卤素灯(80W)用作该实验的光源，在20℃的大气压下。玻璃滤光片用于截断紫外光，而水用于滤除红外光。就像在吸附步骤中一样，残留的亚甲蓝浓度是通过紫外-可见光谱法(光度法)在30分钟的时间间隔内直接测定的。

　　图2：实验装置：使用白光光催化去除亚甲基蓝。

　　光降解动力学

　　三种活性炭样品的光催化降解亚甲蓝实验。光催化实验使用卤素灯在光照下进行，间隔30分钟，持续3.5小时，随后然后使用一阶模型评估样品降解实验的动力学，照射5小时后，活性炭载卟啉显示出非常高的光催化活性，与其他样品相比，观察到的溶液要轻得多(图3a)。ln(C0/Ct)与时间的线性关系图如图3b所示。活性炭表面上的电子分散使产生的电子-空穴对的复合最小化，从而增加了电荷载流子的寿命，从而增加了单线态氧和羟基自由基形成的机会。

　　图3：(a)过滤可见光照射5小时后MB溶液的照片。(i)单独的MB，(ii)MB与活性炭，(iii)MB与官能团化活性炭，和(iv)MB与活性炭载卟啉，(b)亚甲蓝降解的动力学线性模拟曲线。

　　活性炭载卟啉光催化剂用于水处理，在这项研究中，我们已经证明了活性炭载卟啉作为去除亚甲基染料的集成光催化剂吸附剂的可行性。卟啉在氧功能化活性炭结构上的多功能性以整合吸附和光催化意味着这种成光催化剂吸附剂可以很容易地结合到大型水流系统中，以完全去除有机和微生物污染物。