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

強(qiáng)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(duì)某廠的中藥廢水進(jìn)行了光催化無(wú)害化處理，通過(guò)分析處理后COD降解率表明，對(duì)100? mL中藥廢水進(jìn)行光降解，當(dāng)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(shí)，光催化降解效果最好，3? h? COD降解率可達(dá)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(guó)每年會(huì)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(jì)成本高、效率低、達(dá)標(biāo)困難等問(wèn)題，易發(fā)展成為潛在水污染風(fēng)險(xiǎn)源。研究環(huán)保高效的中藥廢水二次處理工藝對(duì)保護(hù)水環(huán)境安全、促進(jìn)中藥企業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)中藥廢水的二次處理，其中生物難降解組分去除的問(wèn)題，以某中藥制藥企業(yè)的生化處理后的制藥廢水為對(duì)象，利用光催化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行降解處理。相比常規(guī)的物理或化學(xué)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)將納米TiO2光催化劑負(fù)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(jìn)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜、再生困難等問(wèn)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(jí)改造提供技術(shù)儲(chǔ)備和指導(dǎo)。

1? ? 實(shí)驗(yàn)部分

1.1? 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

試劑：鈦酸丁酯，無(wú)水乙醇，硫酸銀，硫酸汞，硫酸，重鉻酸鉀，30%過(guò)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(lán)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(jī)，分光光度計(jì)，電子分析天平，電熱鼓風(fēng)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(wú)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(jìn)行水解縮合反應(yīng)。經(jīng)過(guò)4 h的反應(yīng)后，過(guò)濾分離出復(fù)合TiO2-陶瓷鮑爾環(huán)，依次進(jìn)行3次水洗和兩次無(wú)水乙醇淋洗。再經(jīng)過(guò)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(shí)驗(yàn)

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(jìn)行光催化反應(yīng)。利用波長(zhǎng)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(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定—重鉻酸鹽法》（HJ 828—2017）中方法測(cè)量COD。

2? ? 結(jié)果及討論

2.1? H2O2添加量對(duì)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(shì)，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(shí)，COD降解率最小為67.15%。在H2O2添加量為1.5 mL時(shí)降解率最高，在3 h的光催化中其降解率達(dá)到了74.19%。在H2O2添加量超過(guò)1.5 mL時(shí)，COD降解率的變化相對(duì)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(duì)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(shí)降解率最低為65.35% 。在光催化劑添加量為20粒時(shí)降解率最高，在3 h的光催化中其COD降解率達(dá)到了83.26%。在光催化劑添加量超過(guò)20粒時(shí)，降解率不增反減，可能是過(guò)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(duì)中藥廢水的有效照射，使得中藥廢水的COD降解率下降。通過(guò)比較在不同光催化劑添加量條件下的COD降解率，本實(shí)驗(yàn)最終采用光催化劑添加量為20粒作為對(duì)中藥廢水光催化的最佳工藝條件。

2.3? 催化環(huán)境pH對(duì)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(shì)，從pH為7時(shí)83.26%的降解率一直增大到pH為13時(shí)92.97%的降解率。在pH小于9時(shí)COD降解率與其在9時(shí)的降解率相差較大。但在pH超過(guò)9時(shí)，COD降解率雖然有一定的提高，但變化不大。實(shí)驗(yàn)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(duì)中藥廢水有較好的處理效果的前提下，從經(jīng)濟(jì)方面和節(jié)約試劑的角度綜合考慮，最后本實(shí)驗(yàn)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(yǔ)

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(duì)某中藥廠的中藥廢水進(jìn)行了光催化處理，COD降解率結(jié)果表明，當(dāng)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(shí)，光催化降解中藥廢水效果最好，3 h COD降解率可達(dá)91.85%。該復(fù)合催化劑用于光催化降解中藥廢水中有機(jī)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(jià)值。

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