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        復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)用于光催化處理中藥廢水的工藝研究

        2019-09-10 07:22:44強琳輝蘇倩
        現(xiàn)代鹽化工 2019年2期
        關(guān)鍵詞:溶膠光催化凝膠

        強琳輝 蘇倩

        摘? ?要:利用鈦酸丁酯和陶瓷鮑爾環(huán)為原料,采用溶膠-凝膠法制備了復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)光催化劑。利用該復(fù)合光催化劑對某廠的中藥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中藥廢水進行光降解,當H2O2添加量為1.5? mL,復(fù)合光催化劑用量為20粒,催化環(huán)境pH為9時,光催化降解效果最好,3? h? COD降解率可達91.85%。

        關(guān)鍵詞:溶膠-凝膠;陶瓷鮑爾環(huán);光催化;中藥廢水

        我國每年會排放大量的中藥制藥廢水。因中藥廢水二次處理工藝復(fù)雜、設(shè)備陳舊等原因,某些藥企存在廢水處理經(jīng)濟成本高、效率低、達標困難等問題,易發(fā)展成為潛在水污染風險源。研究環(huán)保高效的中藥廢水二次處理工藝對保護水環(huán)境安全、促進中藥企業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。本實驗針對中藥廢水的二次處理,其中生物難降解組分去除的問題,以某中藥制藥企業(yè)的生化處理后的制藥廢水為對象,利用光催化技術(shù)對其進行降解處理。相比常規(guī)的物理或化學法二次處理工藝,光催化技術(shù)具有不易發(fā)生二次污染、降解效率高、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡單等優(yōu)點。本文通過將納米TiO2光催化劑負載于反應(yīng)器填料—陶瓷鮑爾環(huán),再固定光催化反應(yīng)器進行中藥廢水的高效二次處理,以解決常規(guī)二次處理工藝易造成二次污染、技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜、再生困難等問題,為中藥制藥廢水的處理提供新的技術(shù)途徑,為藥企的工藝升級改造提供技術(shù)儲備和指導(dǎo)。

        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(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)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(huán)加入100 mL的錐形瓶中,超聲20 min后,在恒溫磁力攪拌器轉(zhuǎn)速為275 r/min攪拌下進行水解縮合反應(yīng)。經(jīng)過4 h的反應(yīng)后,過濾分離出復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán),依次進行3次水洗和兩次無水乙醇淋洗。再經(jīng)過干燥和焙燒(600 ℃)制備出復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)光催化劑。

        1.3? 中藥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的中藥廢水100 mL,再加入一定質(zhì)量的復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)光催化劑和磁力攪拌子,在恒溫磁力攪拌器轉(zhuǎn)速為100 r/min攪拌下進行光催化反應(yīng)。利用波長為365 nm的紫外燈作為光源,功率為80 W。光催化結(jié)束后,取處理后的中藥廢水,利用國家環(huán)境保護標準《水質(zhì)化學需氧量的測定—重鉻酸鹽法》(HJ 828—2017)中方法測量COD。

        2? ? 結(jié)果及討論

        2.1? H2O2添加量對復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)光催化中藥廢水的影響

        如圖1所示,隨著H2O2添加量的增加,中藥廢水中COD降解率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,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降解率最小為67.15%。在H2O2添加量為1.5 mL時降解率最高,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(wěn)。所以,確定H2O2添加量為1.5 mL作為復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)光催化劑降解中藥廢水的最佳H2O2添加量。

        2.2? 復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)光催化劑添加量對光降解中藥廢水的影響

        如圖2所示,隨著復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)光催化劑添加量的增加,中藥廢水的COD降解率是先增大后減小,在光催化劑添加量為40粒時降解率最低為65.35% 。在光催化劑添加量為20粒時降解率最高,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(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)光催化劑顆粒阻擋了紫外線對中藥廢水的有效照射,使得中藥廢水的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,本實驗最終采用光催化劑添加量為20粒作為對中藥廢水光催化的最佳工藝條件。

        2.3? 催化環(huán)境pH對復(fù)合催化劑光降解中藥廢水的影響

        如圖3所示,隨著pH的增加,中藥廢水COD降解率呈現(xiàn)出一直增大的趨勢,從pH為7時83.26%的降解率一直增大到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(diào)節(jié)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,在保證對中藥廢水有較好的處理效果的前提下,從經(jīng)濟方面和節(jié)約試劑的角度綜合考慮,最后本實驗選用pH為9作為光催化降解中藥廢水的最佳工藝條件。

        3? ? 結(jié)語

        采用溶膠-凝膠法制備了復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)光催化劑,利用該復(fù)合光催化劑對某中藥廠的中藥廢水進行了光催化處理,COD降解率結(jié)果表明,當H2O2添加量為1.5 mL,復(fù)合光催化劑用量為20粒,催化環(huán)境pH為9時,光催化降解中藥廢水效果最好,3 h COD降解率可達91.85%。該復(fù)合催化劑用于光催化降解中藥廢水中有機污染物具有較好的效果,在中藥廢水處理領(lǐng)域具有較高的潛在應(yīng)用價值。

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