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    復合TiO2-陶瓷鮑爾環用于光催化處理廢水的工藝研究
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    復合TiO2-陶瓷鮑爾環用于光催化處理廢水的工藝研究

    2019-08-07      閱讀:
    利用鈦酸丁酯和陶瓷鮑爾環為原料,采用溶膠-凝膠法制備了復合TiO2-陶瓷鮑爾環催化劑。利用該復合光催化劑對某廠的廢水進行了光催化無害化處理,通過分析處理后COD降解率表明,對100 mL廢水進行光降解,當H2O2添加量為1.5 mL,復合光催化劑用量為20粒,催化環境pH為9時,光催化降解效果好,3 h COD降解率可達91.85%。

    我國每年會排放大量的制藥廢水。因廢水二次處理工藝復雜、設備陳舊等原因,某些藥企存在廢水處理經濟成本高、效率低、達標困難等問題,易發展成為潛在水污染風險源。研究高效的廢水二次處理工藝對保護水環境、促進企業健康發展具有重要意義。本實驗針對廢水的二次處理,其中生物難降解組分的問題,以某制藥企業的生化處理后的制藥廢水為對象,利用光催化技術對其進行降解處理。相比常規的物理或化學法二次處理工藝,光催化技術具有不易發生二次污染、降解效率高、反應條件溫和、設備簡單等點。本文通過將納米TiO2光催化劑負載于反應器填料—陶瓷鮑爾環,再固定光催化反應器進行廢水的高效二次處理,以解決常規二次處理工藝易造成二次污染、技術實現復雜、困難等問題,為制藥廢水的處理提供新的技術途徑,為藥企的工藝改造提供技術儲備和指導。
     
    1      實驗部分
     
    1.1 實驗試劑與儀器
     
    試劑:鈦酸丁酯,無水乙醇,硫酸銀,硫酸汞,硫酸,重鉻酸鉀,30%過氧化氫,25%氨水,硫酸亞鐵銨,鄰苯二甲酸氫鉀,七水合硫酸亞鐵,亞甲基藍均為分析純,蒸餾水。
     
    儀器:恒溫磁力攪拌器,超聲波清洗器,離心機,分光光度計,電子分析天平,電熱鼓風干燥箱,高溫箱式電阻爐,集熱式恒溫磁力攪拌器。
     
    1.2 復合TiO2-陶瓷鮑爾環的制備
     
    依次將一定量的鈦酸丁酯、無水乙醇、水和微型陶瓷鮑爾環加入100 mL的錐形瓶中,超聲20 min后,在恒溫磁力攪拌器轉速為275 r/min攪拌下進行水解縮合反應。經過4 h的反應后,過濾分離出復合TiO2-陶瓷鮑爾環,依次進行3次水洗和兩次無水乙醇淋洗。再經過干燥和焙燒(600 ℃)制備出復合TiO2-陶瓷鮑爾環光催化劑。
     
    1.3 廢水光催化降解實驗
     
    取500 mL的燒杯,加入某制藥廠所取的一定COD的廢水100 mL,再加入一定質量的復合TiO2-陶瓷鮑爾環光催化劑和磁力攪拌子,在恒溫磁力攪拌器轉速為100 r/min 攪拌下進行光催化反應。利用波長為365 nm的紫外燈作為光源,功率為80 W。光催化結束后,取處理后的廢水,利
     
    用環境保護標準《水質化學需氧量的測定—重鉻酸鹽法》(HJ 828—2017)中方法測量COD。
     
    2      結果及討論
    2.1 H2O2添加量對復合TiO2-陶瓷鮑爾環光催化廢水的影響
    如圖1所示,隨著H2O2添加量的增加,廢水中COD降解率呈現出先后減小的趨勢,但降解率之間相差得并不是太多。在H2O2的添加量為1.0 mL時,COD降解率小為67.15%。在H2O2添加量為1.5 mL時降解率高,在3 h的光催化中其降解率達到了74.19%。在H2O2添加量超過1.5 mL時,COD降解率的變化相對平穩。所以,確定H2O2添加量為 1.5 mL作為復合TiO2-陶瓷鮑爾環光催化劑降解廢水的佳H2O2添加量。
    復合TiO2-陶瓷鮑爾環用于光催化處理廢水的工藝研究

    2.2 復合TiO2-陶瓷鮑爾環光催化劑添加量對光降解廢水的影響

    如圖2所示,隨著復合TiO2-陶瓷鮑爾環光催化劑添加量的增加,廢水的COD降解率是先后減小,在光催化劑添加量為40粒時降解率低為65.35% 。在光催化劑添加量為20粒時降解率高,在3 h的光催化中其COD降解率達到了83.26%。在光催化劑添加量超過20粒時,降解率不增反減,可能是過多的復合TiO2-陶瓷鮑爾環光催化劑顆粒阻擋了紫外線對廢水的有效照射,使得廢水的COD降解率下降。通過比較在不同光催化劑添加量條件下的COD降解率,本實驗終采用光催化劑添加量為20粒作為對廢水光催化的佳工藝條件。

    復合TiO2-陶瓷鮑爾環用于光催化處理廢水的工藝研究
    2.3 催化環境pH對復合催化劑光降解廢水的影響
     
    如圖3所示,隨著pH的增加,廢水COD降解率呈現出一直的趨勢,從pH為7時83.26%的降解率一直到pH為13時92.97%的降解率。在pH小于9時COD降解率與其在9時的降解率相差較大。但在pH超過9時,COD降解率雖然有一定的提高,但變化不大。實驗中調節溶液的pH需要加入NaOH溶液。pH越大就意味著加入的NaOH溶液越多。因此,在保證對廢水有較好的處理效果的前提下,從經濟方面和節約試劑的角度綜合考慮,后本實驗選用pH為9作為光催化降解廢水的佳工藝條件。

    復合TiO2-陶瓷鮑爾環用于光催化處理廢水的工藝研究
    圖3 催化環境pH對復合催化劑光降解廢水的影響
     
    3      結語
    采用溶膠-凝膠法制備了復合TiO2-陶瓷鮑爾環光催化劑,利用該復合光催化劑對某廠的廢水進行了光催化處理,COD降解率結果表明,當H 2 O2添加量為 1.5 mL,復合光催化劑用量為20粒,催化環境pH為9時,光催化降解廢水效果好,3 h COD降解率可達91.85%。
     
    該復合催化劑用于光催化降解廢水中污染物具有較好的效果,在廢水處理領域具有較高的潛在應用價值。
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