以TiO_2为催化剂活性炭的光再生研究
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摘要
本论文研究课题为黑龙江省青年基金资助项目，内容主要涉及两个方面，即光催化
剂改性和活性炭再生。在光催化剂改性研究中，通过光化学沉积法制得了高催化活性光
催化剂Ag-TiO_2，以其为催化剂对活性炭的再生比原料TiO_2更有效。在对活性炭再生的
研究中，首次明确提出活性炭光再生概念，并对其机理进行了探讨，具体内容为：活性
炭光再生是指利用一定波长范围的光，在某种催化剂的存在下，通过光催化氧化反应使
吸附有一种或多种有机物吸附质的活性炭吸附性能得到恢复的活性炭再生方法；光再生
过程中吸附质要经历从活性炭内部向外部扩散及被光催化氧化的过程，再生初期有机物
的光催化氧化是光再生的速率限制步骤，之后吸附质在吸附剂中的外扩散是光再生的速
率限制步骤；对于悬浆体系活性炭光再生，吸附质有机物的光催化氧化在再生液中进行，
对于光催化剂负载体系，光催化氧化在含有光催化剂的吸附剂近表面层进行，光催化剂
负载体系的光再生效果比悬浆体系更好。
在本论文研究的实验条件下，以XXAC为吸附剂，以Ag-TiO_2为光催化剂并采用光
催化剂负载形式，50℃下光照72h的再生效果最好，吸附回复率最高，为81％。
The paper is assisted by the Youth Fund of Hei Longjiang Province. Two aspects,
improvement of photo-catalyst and regeneration of activated carbon were involed in the paper.
In the study of improvement of photo-catalyst, high-activated photo-catalyst Ag-TiC)2 which
was more effective than material Ti02 were made with the photochemical precipitation. In the
study of regeneration of activated carbon, the concept of photo-regeneration of activated
carbon was put forward first and the mechanism was discussed. The photo-regeneration is the
method which utilizes the photo-catalytic oxidation to recover the adsorption of activated
carbon which adsorbed one or more organic chemicals. During the process of
photo-regeneration the adsorbates experienced the diffusion from inner to the outer part of
activated carbon and the process of photo-catalytic oxidation. At the beginning of the
photo-regeneration, the photo-catalytic oxidation of adsorbates if the key step limiting
photo-regeneration rate, and then the outer diffusion of adsorbates is the key step. To the
photo-catalyst diffusion system, the photo-catalytic oxidation was taken place in the
regeneration-fluid. To the photo-catalyst adhesion system, the photo-catalytic oxidation was
taken place in the near surface including photo-catalyst of adsorbent. The regeneration effect
of the latter was better than the former.
剂改性和活性炭再生。在光催化剂改性研究中，通过光化学沉积法制得了高催化活性光
催化剂Ag-TiO_2，以其为催化剂对活性炭的再生比原料TiO_2更有效。在对活性炭再生的
研究中，首次明确提出活性炭光再生概念，并对其机理进行了探讨，具体内容为：活性
炭光再生是指利用一定波长范围的光，在某种催化剂的存在下，通过光催化氧化反应使
吸附有一种或多种有机物吸附质的活性炭吸附性能得到恢复的活性炭再生方法；光再生
过程中吸附质要经历从活性炭内部向外部扩散及被光催化氧化的过程，再生初期有机物
的光催化氧化是光再生的速率限制步骤，之后吸附质在吸附剂中的外扩散是光再生的速
率限制步骤；对于悬浆体系活性炭光再生，吸附质有机物的光催化氧化在再生液中进行，
对于光催化剂负载体系，光催化氧化在含有光催化剂的吸附剂近表面层进行，光催化剂
负载体系的光再生效果比悬浆体系更好。
在本论文研究的实验条件下，以XXAC为吸附剂，以Ag-TiO_2为光催化剂并采用光
催化剂负载形式，50℃下光照72h的再生效果最好，吸附回复率最高，为81％。
The paper is assisted by the Youth Fund of Hei Longjiang Province. Two aspects,
improvement of photo-catalyst and regeneration of activated carbon were involed in the paper.
In the study of improvement of photo-catalyst, high-activated photo-catalyst Ag-TiC)2 which
was more effective than material Ti02 were made with the photochemical precipitation. In the
study of regeneration of activated carbon, the concept of photo-regeneration of activated
carbon was put forward first and the mechanism was discussed. The photo-regeneration is the
method which utilizes the photo-catalytic oxidation to recover the adsorption of activated
carbon which adsorbed one or more organic chemicals. During the process of
photo-regeneration the adsorbates experienced the diffusion from inner to the outer part of
activated carbon and the process of photo-catalytic oxidation. At the beginning of the
photo-regeneration, the photo-catalytic oxidation of adsorbates if the key step limiting
photo-regeneration rate, and then the outer diffusion of adsorbates is the key step. To the
photo-catalyst diffusion system, the photo-catalytic oxidation was taken place in the
regeneration-fluid. To the photo-catalyst adhesion system, the photo-catalytic oxidation was
taken place in the near surface including photo-catalyst of adsorbent. The regeneration effect
of the latter was better than the former.
引文
【1】陈柏林主编，生物电子显微镜观察与分析，东北林业大学出版社，哈尔滨，1997年
【2】陈玲，赵建夫，陈岳松，活性炭湿氧化再生效率评价方法，环境科学，2001，22(1)
【3】程沧沧，李太友，李华禄等，载银TiO_2光催化降解2、4-二氯苯酚水溶液的研究，环境科学研究，1998，11(6)
【4】傅大放，邹宗柏，曹鹏，活性炭的微波幅照再生试验，中国给水排水，1997，13(5)
【5】高廷耀，魏宏斌，徐迪民，二氧化钛膜光催化氧化苯酚的影响因素研究，中国给排水，1998，14(4)
【6】古可隆，对我国活性炭工业发展的几点思考，林产化学与工业，1999，19(1)
【7】古可隆，高尚愚，木材热解与活性炭的发展和展望——面向21世纪林产化工发展研讨会论文集ⅩⅨ，1999年
【8】古可隆等，多孔碳质材料微结构和电化学性能的研究，林产化学与工业，1999，19(2)
【9】古可隆，活性炭的应用，林产化工通讯，1999，33(4、5、6)
【10】古政荣，陈爱平，戴智铭等，空气净化网上光催化剂和活性炭相互增强净化能力的作用机理，林产化学与工业，2000，20(1)
【11】国家标准GB/T 12496
【12】国伟林等，光催化氧化法去除水中的酚类物质，山东建材学院学报，1998，19(2)
【13】华东华工学院分析化学教研组，成都科学技术大学分析化学教研组编，分析化学，第三版。北京，高等教育出版社，1989年
【14】黄律先主编，木材热解工艺学，第二版，中国林业出版社，1996年
【15】黄仲涛等编著，无机膜技术及其应用，中国石化出版社，1999年
【16】蒋伟川，谭湘萍，载银TiO_2半导体光催化剂降解染料水溶液的研究，环境科学，1998，16(2)
【17】李柏芳，古国榜，黎永津，WO_3/TiO_2复合半导体的光催化性能研究，环境科学，1999，20(4)
【18】李燕，陈祖耀，纳米级TiO_2超细粉的水热合成及结构相变的研究，安徽建筑工业学院学报(自然科学版)，1997，5(1)
【19】刘益萱，钟亮洁，颗粒活性炭在引用水深度处理中的应用，给水排水，2001，27(3)
【20】马世良编著，金属X射线衍射学，西北工业大学出版社，1997年
【21】彭金辉，微波幅照再生味精厂中废活性炭，林产化学与工业，1998，18(2)
【22】丘思畴，半导体表面与界面物理，华中理工大学出版社，湖北，1995年
【23】申永良，纳米材料的应用，现代化工，1999，19(9)
【24】施利毅，李春忠，房鼎业等，二氧化钛超细粒子的制备及光催化降解含酚溶液 华东理工大学学报，1998，24(3)
【25】孙奉玉，吴鸣，李文钊，二氧化钛表面光学特性与光催化活性的关系，催化学报，1998，19(2)
【26】孙奉玉，吴鸣，李文钊等，二氧化钛尺寸与光催化活性的关系，催化学报，1998，19(3)
【27】天津大学物理化学教研室编，物理化学，第三版，北京，高等教育出版社，1993年
【28】王丽颖，崔海宁，曾广斌等，二氧化钛纳米微晶的制备及性质的研究，光谱学与光谱分析，1997，17(4)
【29】王怡中等，甲基橙溶液多相光催化降解研究，环境科学，1998，19(1)
【30】王怡中，胡春，有机物多相光催化降解反应中催化剂固定化技术研究，环境科学，1998，19(2)
【31】王英华主编，许顺生，梁志德审较，X光衍射技术基础，原子能出版社，北京，1993年
【32】吴东平，潘红磊，紫外光催化氧化技术处理有机污染物的研究动态，环境工程，1998，16(3)
【33】吴开金，活性炭用作抗癌缓释剂的研究与应用，林产化学与工业，1998，18(3)
【34】熊家林，贡长生，张克立主编，无机精细化学品的制备和应用，化学工业出版社，1999年
【35】徐用军，周定，罗中贵等，二氧化钛负载型光催化剂的制备及光还原二氧化碳的研究，哈尔滨工程大学学报，1998，19(4)
【36】薛增泉，吴全德，李洁编著，薄膜物理，电子工业出版社，北京，1991年
【37】于惠芳，马峥，张振良，饮用水处理技术进展，环境保护，1999，5
【38】于向阳，程继健，杜永娟，二氧化钛光催化材料，化学世界，1999，1
【39】余家国，赵修建，多孔TiO_2薄膜的表面微结构对甲基橙光催化脱色的影响，催化学报。2000，(3)
【40】臧志清，周端美，超临界二氧化碳再生法治理废气，环境科学研究，1999，11(5)
【41】张广禄，美国活性炭工业的生产及进出口状况，林产化工通讯，1996，30(1)
【42】张广禄，1997年世界活性炭概况，林产化工通讯，1999，33(1)
【43】张彭义，余刚，蒋展鹏，半导体光催化剂及其改性技术进展，环境科学进展，1997，5(3)
【44】张彭义，余刚，蒋展鹏，固定化二氧化钛膜的制备及光催化性能，中国环境科学，2000，20(5)
【45】郑巍，刘维屏，宣日成等，附载TiO_2光催化降解咪蚜胺农药，环境科学，1999，20(1)
【46】中国防治污染技术协会组织编写，化工废水处理技术，化学工业出版社，北京，2000年
【47】钟志京，曲治华，光解法降解含萘污水的实验研究，四川环境，1998，17(2)
【48】朱春媚，陈双全，杨曦等几种难降解有机废水的光化学处理研究，环境科学学报，1998，18(4)
【49】ю．в．波利斯科夫著，光电化学太阳能转换，科学出版社，1994
【50】[日]干鲷真信，市川胜著，均相催化与多相催化入门——未来的催化化学，北京，宇航出版社，1990
【51】[日]大西孝治著，探索催化剂的奥秘，化学工业出版社，1990
【52】[美]A．B．史泰尔斯等著，催化剂载体与负载型催化剂，北京，中国石化出版社，1992年
【53】EP No.0 439 856A1，1991
【54】CA 130：301006b
【55】CA130：328647y
【56】Sohailuddin Ahmed snd Savid F. Ollis., Solar photoassisted catalytic decomposition of the
chlorinated hydrocamons Thichloroethylene and Trichloromethane , solar Energy Vol. 32, No. 5, 1984
[57] Ralph W. and Mattews, Photo-oxidation of organic material in aqueous suspensions of titanium dioxide, Wat. Res., Vol. 20, No. 5,1986
[58] USP No.4 861 484,1989
[59] Ralph W. and Mattews, Photooxidative degradation of coloured orgnics in water using suspported catalysts TiO2 on sand, Wat. Res., 1991, 25( 10)
[60] Mundale V D et al. Regeneration of Spent Activated Carbon by Wet Air Oxidation, Can. J. Chem., Eng., 1991,69(10)
[61] Sawang Notthakun, John C. Crittenden, Member. ASCE, et.al, Regeneration of adsorbents using heterogeneous advanced oxidation, AWWA Annual Conference, 1991
[62] USP No.5 087 374,1992
[63] USP No.5 182 030,1993
[64] USP No.5 266 540,1993
[65] Mario Schiaveuo, Some working principles of heterogeous photocatalysis by semiconductors,Electrochemical Acta., Vol.38, No. 1,1993
[66] Mourand J T et al. Regeneration of Spent Adsorbents Using Homogeneous Advanced Oxidation , Wat. Environ. Res., 1995,67(3)
[67] USP No. 5501 801, 1996
[68] Junbiao Liu, John C. Crittenden, David W. Hand, and David L. Perram, Regeneration of adsorbents using heterogeneous photocatalytic oxidation, Journal of Environmental Engineering, 1996
[69] Narbaitz R M, Cen J. Alternative Methods for Determining the Percentage Regeneration of Active Carbon, Wat. Res., 1997,31(10)
[70] USP No. 5853 866,1999
[71] USP No.5 965 479, 1999
[72] USP No. 5981 426, 1999
【2】陈玲，赵建夫，陈岳松，活性炭湿氧化再生效率评价方法，环境科学，2001，22(1)
【3】程沧沧，李太友，李华禄等，载银TiO_2光催化降解2、4-二氯苯酚水溶液的研究，环境科学研究，1998，11(6)
【4】傅大放，邹宗柏，曹鹏，活性炭的微波幅照再生试验，中国给水排水，1997，13(5)
【5】高廷耀，魏宏斌，徐迪民，二氧化钛膜光催化氧化苯酚的影响因素研究，中国给排水，1998，14(4)
【6】古可隆，对我国活性炭工业发展的几点思考，林产化学与工业，1999，19(1)
【7】古可隆，高尚愚，木材热解与活性炭的发展和展望——面向21世纪林产化工发展研讨会论文集ⅩⅨ，1999年
【8】古可隆等，多孔碳质材料微结构和电化学性能的研究，林产化学与工业，1999，19(2)
【9】古可隆，活性炭的应用，林产化工通讯，1999，33(4、5、6)
【10】古政荣，陈爱平，戴智铭等，空气净化网上光催化剂和活性炭相互增强净化能力的作用机理，林产化学与工业，2000，20(1)
【11】国家标准GB/T 12496
【12】国伟林等，光催化氧化法去除水中的酚类物质，山东建材学院学报，1998，19(2)
【13】华东华工学院分析化学教研组，成都科学技术大学分析化学教研组编，分析化学，第三版。北京，高等教育出版社，1989年
【14】黄律先主编，木材热解工艺学，第二版，中国林业出版社，1996年
【15】黄仲涛等编著，无机膜技术及其应用，中国石化出版社，1999年
【16】蒋伟川，谭湘萍，载银TiO_2半导体光催化剂降解染料水溶液的研究，环境科学，1998，16(2)
【17】李柏芳，古国榜，黎永津，WO_3/TiO_2复合半导体的光催化性能研究，环境科学，1999，20(4)
【18】李燕，陈祖耀，纳米级TiO_2超细粉的水热合成及结构相变的研究，安徽建筑工业学院学报(自然科学版)，1997，5(1)
【19】刘益萱，钟亮洁，颗粒活性炭在引用水深度处理中的应用，给水排水，2001，27(3)
【20】马世良编著，金属X射线衍射学，西北工业大学出版社，1997年
【21】彭金辉，微波幅照再生味精厂中废活性炭，林产化学与工业，1998，18(2)
【22】丘思畴，半导体表面与界面物理，华中理工大学出版社，湖北，1995年
【23】申永良，纳米材料的应用，现代化工，1999，19(9)
【24】施利毅，李春忠，房鼎业等，二氧化钛超细粒子的制备及光催化降解含酚溶液 华东理工大学学报，1998，24(3)
【25】孙奉玉，吴鸣，李文钊，二氧化钛表面光学特性与光催化活性的关系，催化学报，1998，19(2)
【26】孙奉玉，吴鸣，李文钊等，二氧化钛尺寸与光催化活性的关系，催化学报，1998，19(3)
【27】天津大学物理化学教研室编，物理化学，第三版，北京，高等教育出版社，1993年
【28】王丽颖，崔海宁，曾广斌等，二氧化钛纳米微晶的制备及性质的研究，光谱学与光谱分析，1997，17(4)
【29】王怡中等，甲基橙溶液多相光催化降解研究，环境科学，1998，19(1)
【30】王怡中，胡春，有机物多相光催化降解反应中催化剂固定化技术研究，环境科学，1998，19(2)
【31】王英华主编，许顺生，梁志德审较，X光衍射技术基础，原子能出版社，北京，1993年
【32】吴东平，潘红磊，紫外光催化氧化技术处理有机污染物的研究动态，环境工程，1998，16(3)
【33】吴开金，活性炭用作抗癌缓释剂的研究与应用，林产化学与工业，1998，18(3)
【34】熊家林，贡长生，张克立主编，无机精细化学品的制备和应用，化学工业出版社，1999年
【35】徐用军，周定，罗中贵等，二氧化钛负载型光催化剂的制备及光还原二氧化碳的研究，哈尔滨工程大学学报，1998，19(4)
【36】薛增泉，吴全德，李洁编著，薄膜物理，电子工业出版社，北京，1991年
【37】于惠芳，马峥，张振良，饮用水处理技术进展，环境保护，1999，5
【38】于向阳，程继健，杜永娟，二氧化钛光催化材料，化学世界，1999，1
【39】余家国，赵修建，多孔TiO_2薄膜的表面微结构对甲基橙光催化脱色的影响，催化学报。2000，(3)
【40】臧志清，周端美，超临界二氧化碳再生法治理废气，环境科学研究，1999，11(5)
【41】张广禄，美国活性炭工业的生产及进出口状况，林产化工通讯，1996，30(1)
【42】张广禄，1997年世界活性炭概况，林产化工通讯，1999，33(1)
【43】张彭义，余刚，蒋展鹏，半导体光催化剂及其改性技术进展，环境科学进展，1997，5(3)
【44】张彭义，余刚，蒋展鹏，固定化二氧化钛膜的制备及光催化性能，中国环境科学，2000，20(5)
【45】郑巍，刘维屏，宣日成等，附载TiO_2光催化降解咪蚜胺农药，环境科学，1999，20(1)
【46】中国防治污染技术协会组织编写，化工废水处理技术，化学工业出版社，北京，2000年
【47】钟志京，曲治华，光解法降解含萘污水的实验研究，四川环境，1998，17(2)
【48】朱春媚，陈双全，杨曦等几种难降解有机废水的光化学处理研究，环境科学学报，1998，18(4)
【49】ю．в．波利斯科夫著，光电化学太阳能转换，科学出版社，1994
【50】[日]干鲷真信，市川胜著，均相催化与多相催化入门——未来的催化化学，北京，宇航出版社，1990
【51】[日]大西孝治著，探索催化剂的奥秘，化学工业出版社，1990
【52】[美]A．B．史泰尔斯等著，催化剂载体与负载型催化剂，北京，中国石化出版社，1992年
【53】EP No.0 439 856A1，1991
【54】CA 130：301006b
【55】CA130：328647y
【56】Sohailuddin Ahmed snd Savid F. Ollis., Solar photoassisted catalytic decomposition of the
chlorinated hydrocamons Thichloroethylene and Trichloromethane , solar Energy Vol. 32, No. 5, 1984
[57] Ralph W. and Mattews, Photo-oxidation of organic material in aqueous suspensions of titanium dioxide, Wat. Res., Vol. 20, No. 5,1986
[58] USP No.4 861 484,1989
[59] Ralph W. and Mattews, Photooxidative degradation of coloured orgnics in water using suspported catalysts TiO2 on sand, Wat. Res., 1991, 25( 10)
[60] Mundale V D et al. Regeneration of Spent Activated Carbon by Wet Air Oxidation, Can. J. Chem., Eng., 1991,69(10)
[61] Sawang Notthakun, John C. Crittenden, Member. ASCE, et.al, Regeneration of adsorbents using heterogeneous advanced oxidation, AWWA Annual Conference, 1991
[62] USP No.5 087 374,1992
[63] USP No.5 182 030,1993
[64] USP No.5 266 540,1993
[65] Mario Schiaveuo, Some working principles of heterogeous photocatalysis by semiconductors,Electrochemical Acta., Vol.38, No. 1,1993
[66] Mourand J T et al. Regeneration of Spent Adsorbents Using Homogeneous Advanced Oxidation , Wat. Environ. Res., 1995,67(3)
[67] USP No. 5501 801, 1996
[68] Junbiao Liu, John C. Crittenden, David W. Hand, and David L. Perram, Regeneration of adsorbents using heterogeneous photocatalytic oxidation, Journal of Environmental Engineering, 1996
[69] Narbaitz R M, Cen J. Alternative Methods for Determining the Percentage Regeneration of Active Carbon, Wat. Res., 1997,31(10)
[70] USP No. 5853 866,1999
[71] USP No.5 965 479, 1999
[72] USP No. 5981 426, 1999