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

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中药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中药废水进行光降解,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,光催化降解效果最好,3 h COD降解率可达91.85%。

我国每年会排放大量的中药制药废水。因中药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。研究环保高效的中药废水二次处理工艺对保护水环境安全、促进中药企业健康发展具有重要意义。本实验针对中药废水的二次处理,其中生物难降解组分去除的问题,以某中药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、设备简单等优点。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中药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、再生困难等问题,为中药制药废水的处理提供新的技术途径,为药企的工艺升级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 中药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的中药废水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,取处理后的中药废水,利
 
用国家环境保护标准《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-陶瓷鲍尔环光催化中药废水的影响
如图1所示,随着H2O2添加量的增加,中药废水中COD降解率呈现出先增大后减小的趋势,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降解率最小为67.15%。在H2O2添加量为1.5 mL时降解率最高,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中药废水的最佳H2O2添加量。
复合TiO2-陶瓷鲍尔环用于光催化处理中药废水的工艺研究

2.2 复合TiO2-陶瓷鲍尔环光催化剂添加量对光降解中药废水的影响

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,中药废水的COD降解率是先增大后减小,在光催化剂添加量为40粒时降解率最低为65.35% 。在光催化剂添加量为20粒时降解率最高,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中药废水的有效照射,使得中药废水的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,本实验最终采用光催化剂添加量为20粒作为对中药废水光催化的最佳工艺条件。

复合TiO2-陶瓷鲍尔环用于光催化处理中药废水的工艺研究
2.3 催化环境pH对复合催化剂光降解中药废水的影响
 
如图3所示,随着pH的增加,中药废水COD降解率呈现出一直增大的趋势,从pH为7时83.26%的降解率一直增大到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,在保证对中药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,最后本实验选用pH为9作为光催化降解中药废水的最佳工艺条件。

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图3 催化环境pH对复合催化剂光降解中药废水的影响
 
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中药厂的中药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,光催化降解中药废水效果最好,3 h COD降解率可达91.85%。
 
该复合催化剂用于光催化降解中药废水中有机污染物具有较好的效果,在中药废水处理领域具有较高的潜在应用价值。
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