復合TiO2-陶瓷鮑爾環用于光催化處理中藥廢水的工藝研究

強琳輝 蘇倩

摘? ?要：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-陶瓷鮑爾環光催化劑。利用該復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，光催化降解效果最好，3? h? COD降解率可達91.85%。

關鍵詞：溶膠-凝膠;陶瓷鮑爾環;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。研究環保高效的中藥廢水二次處理工藝對保護水環境安全、促進中藥企業健康發展具有重要意義。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、設備簡單等優點。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中藥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、再生困難等問題，為中藥制藥廢水的處理提供新的技術途徑，為藥企的工藝升級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? 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，取處理后的中藥廢水，利用國家環境保護標準《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。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中藥廢水的最佳H2O2添加量。

2.2? 復合TiO2-陶瓷鮑爾環光催化劑添加量對光降解中藥廢水的影響

如圖2所示，隨著復合TiO2-陶瓷鮑爾環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，可能是過多的復合TiO2-陶瓷鮑爾環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? 催化環境pH對復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，在保證對中藥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，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中藥廠的中藥廢水進行了光催化處理，COD降解率結果表明，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，光催化降解中藥廢水效果最好，3 h COD降解率可達91.85%。該復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，在中藥廢水處理領域具有較高的潛在應用價值。

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