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复合TiO2-陶瓷鲍尔环用于光催化处理废水的工艺研究
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复合TiO2-陶瓷鲍尔环用于光催化处理废水的工艺研究

2019-08-07      阅读:
利用钛酸丁酯和陶瓷鲍尔环为原料,采用溶胶-凝胶法制备了复合TiO2-陶瓷鲍尔环催化剂。利用该复合光催化剂对某厂的废水进行了光催化无害化处理,通过分析处理后COD降解率表明,对100 mL废水进行光降解,当H2O2添加量为1.5 mL,复合光催化剂用量为20粒,催化环境pH为9时,光催化降解效果好,3 h COD降解率可达91.85%。

我国每年会排放大量的制药废水。因废水二次处理工艺复杂、设备陈旧等原因,某些药企存在废水处理经济成本高、效率低、达标困难等问题,易发展成为潜在水污染风险源。研究高效的废水二次处理工艺对保护水环境、促进企业健康发展具有重要意义。本实验针对废水的二次处理,其中生物难降解组分的问题,以某制药企业的生化处理后的制药废水为对象,利用光催化技术对其进行降解处理。相比常规的物理或化学法二次处理工艺,光催化技术具有不易发生二次污染、降解效率高、反应条件温和、设备简单等点。本文通过将纳米TiO2光催化剂负载于反应器填料—陶瓷鲍尔环,再固定光催化反应器进行废水的高效二次处理,以解决常规二次处理工艺易造成二次污染、技术实现复杂、困难等问题,为制药废水的处理提供新的技术途径,为药企的工艺改造提供技术储备和指导。
 
1      实验部分
 
1.1 实验试剂与仪器
 
试剂:钛酸丁酯,无水乙醇,硫酸银,硫酸汞,硫酸,重铬酸钾,30%过氧化氢,25%氨水,硫酸亚铁铵,邻苯二甲酸氢钾,七水合硫酸亚铁,亚甲基蓝均为分析纯,蒸馏水。
 
仪器:恒温磁力搅拌器,超声波清洗器,离心机,分光光度计,电子分析天平,电热鼓风干燥箱,高温箱式电阻炉,集热式恒温磁力搅拌器。
 
1.2 复合TiO2-陶瓷鲍尔环的制备
 
依次将一定量的钛酸丁酯、无水乙醇、水和微型陶瓷鲍尔环加入100 mL的锥形瓶中,超声20 min后,在恒温磁力搅拌器转速为275 r/min搅拌下进行水解缩合反应。经过4 h的反应后,过滤分离出复合TiO2-陶瓷鲍尔环,依次进行3次水洗和两次无水乙醇淋洗。再经过干燥和焙烧(600 ℃)制备出复合TiO2-陶瓷鲍尔环光催化剂。
 
1.3 废水光催化降解实验
 
取500 mL的烧杯,加入某制药厂所取的一定COD的废水100 mL,再加入一定质量的复合TiO2-陶瓷鲍尔环光催化剂和磁力搅拌子,在恒温磁力搅拌器转速为100 r/min 搅拌下进行光催化反应。利用波长为365 nm的紫外灯作为光源,功率为80 W。光催化结束后,取处理后的废水,利
 
用环境保护标准《水质化学需氧量的测定—重铬酸盐法》(HJ 828—2017)中方法测量COD。
 
2      结果及讨论
2.1 H2O2添加量对复合TiO2-陶瓷鲍尔环光催化废水的影响
如图1所示,随着H2O2添加量的增加,废水中COD降解率呈现出先后减小的趋势,但降解率之间相差得并不是太多。在H2O2的添加量为1.0 mL时,COD降解率小为67.15%。在H2O2添加量为1.5 mL时降解率高,在3 h的光催化中其降解率达到了74.19%。在H2O2添加量超过1.5 mL时,COD降解率的变化相对平稳。所以,确定H2O2添加量为 1.5 mL作为复合TiO2-陶瓷鲍尔环光催化剂降解废水的佳H2O2添加量。
复合TiO2-陶瓷鲍尔环用于光催化处理废水的工艺研究

2.2 复合TiO2-陶瓷鲍尔环光催化剂添加量对光降解废水的影响

如图2所示,随着复合TiO2-陶瓷鲍尔环光催化剂添加量的增加,废水的COD降解率是先后减小,在光催化剂添加量为40粒时降解率低为65.35% 。在光催化剂添加量为20粒时降解率高,在3 h的光催化中其COD降解率达到了83.26%。在光催化剂添加量超过20粒时,降解率不增反减,可能是过多的复合TiO2-陶瓷鲍尔环光催化剂颗粒阻挡了紫外线对废水的有效照射,使得废水的COD降解率下降。通过比较在不同光催化剂添加量条件下的COD降解率,本实验终采用光催化剂添加量为20粒作为对废水光催化的佳工艺条件。

复合TiO2-陶瓷鲍尔环用于光催化处理废水的工艺研究
2.3 催化环境pH对复合催化剂光降解废水的影响
 
如图3所示,随着pH的增加,废水COD降解率呈现出一直的趋势,从pH为7时83.26%的降解率一直到pH为13时92.97%的降解率。在pH小于9时COD降解率与其在9时的降解率相差较大。但在pH超过9时,COD降解率虽然有一定的提高,但变化不大。实验中调节溶液的pH需要加入NaOH溶液。pH越大就意味着加入的NaOH溶液越多。因此,在保证对废水有较好的处理效果的前提下,从经济方面和节约试剂的角度综合考虑,后本实验选用pH为9作为光催化降解废水的佳工艺条件。

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图3 催化环境pH对复合催化剂光降解废水的影响
 
3      结语
采用溶胶-凝胶法制备了复合TiO2-陶瓷鲍尔环光催化剂,利用该复合光催化剂对某厂的废水进行了光催化处理,COD降解率结果表明,当H 2 O2添加量为 1.5 mL,复合光催化剂用量为20粒,催化环境pH为9时,光催化降解废水效果好,3 h COD降解率可达91.85%。
 
该复合催化剂用于光催化降解废水中污染物具有较好的效果,在废水处理领域具有较高的潜在应用价值。
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