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3.1.3 材料的N2吸附-脱附曲线分析
图 3给出了g-C3N4-P25光催化剂、CA+PC及CA+B+PC的吸附脱附等温曲线,其比表面积、孔隙直径、孔容等特征见表 1.根据IUPAC分类,图中的吸附脱附等温曲线均属于Ⅲ型,说明该材料吸附作用力弱.在P/P0=0.8处出现明显滞后回环,滞后回环呈H3型,表明该材料的介孔是由孔型为狭缝形或为两平板之间的缝隙构成,这主要是由CA+B+PC中负载的g-C3N4-P25介孔引起的.表 1中各材料的比表面积由大至小依次为g-C3N4-P25、CA+PC、CA+B+PC、CA+B,可见各材料比表面积的贡献主要来自于g-C3N4-P25,CA+B+PC的比表面积小于CA+PC,这是由于光合细菌的加入覆盖了g-C3N4-P25的表面.
图 3 PC、CA+PC、CA+B+PC的N2吸附-脱附等温线
3.2 光催化-微生物复合材料去除染料机理探究
3.2.1 污染物去除效果分析
试验对比了CA+B、CA+PC、CA+B+PC材料去除染料及高COD的能力(图 4).从图 4a可以看出,在60 min内,3种材料对染料的去除效率都较高,这主要是由于材料的吸附作用.随着时间的延长,脱色速率减小,反应8 h后,CA载体、CA+B、CA+PC、CA+B+PC对染料的去除率分别为20%、68%、92%和94%.CA+B在前8 h染料去除率低可能是因为细菌刚进入一个新的环境,需要一定的适应期;CA+PC和CA+B+PC的染料去除率也几乎一致.相应各材料的COD去除能力随时间变化如图 4b所示.CA+B+PC中剩余COD仅为200 mg ˙ L-1左右,远小于CA+PC反应中的剩余COD,而CA+B的剩余COD仅次于CA+B+PC.
图 4不同体系内活性艳红X-3B浓度(a)和COD (b)随时间变化曲线(n=5)
继续进行高COD的模拟印染废水的降解试验,收集反应96 h后剩余COD的数据并计算相应COD的去除率(图 5).由图 5可见,CA+B、CA+PC和CA+B+PC的COD去除率分别为13.0%、42.9%、84.7%.CA+PC与CA+B+PC对COD去除率的不同在于光合细菌的作用.光催化剂产生的自由基由于受到模拟废水中加入的NaHCO3、NH4Cl等的影响及氧气的限制,并不能完全矿化反应体系中的有机物,累积中间产物使得COD去除率较低.相反地,在光催化结合微生物反应体系中,染料随光催化降解产生的中间产物和可生化降解的葡萄糖一起进入复合材料内部,迅速被光合细菌降解、矿化.
图 5不同体系下96 h的COD去除率(n=5)
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