TiO2-聚苯乙烯復合微球對印染廢水的光催化降解

2021-09-27 07:23:54艾亞菲

印染助劑 2021年9期

艾亞菲

（江蘇工程職業技術學院紡織服裝學院，江蘇南通 226007）

近幾年我國大力提倡綠色發展，生產企業面臨越來越大的環保壓力。印染廢水一直是令人頭疼的問題，廢水中有很多有機污染物，色度高，如不處理將嚴重影響環境。

國內外企業常用物理吸附法處理印染廢水，工藝簡單、投資少，技術關鍵是尋求優良的固體吸附劑［1-3］。化學法主要通過氧化-還原反應降解廢水中的有機污染物［4］，包括臭氧氧化、芬頓氧化、電氧化等。以TiO2光催化氧化降解工業廢水中的有機污染物是研究熱點［5-7］。TiO2為兩性化合物，是一種半導體，在一定波長的光照下，價帶電子被激發躍遷到導帶，產生帶正電的空穴，當電子與空穴分離后會與接觸的O2、H2O、OH-發生復雜的電子轉移反應，產生有強氧化力的自由基以氧化降解水中的污染物。利用TiO2處理廢水主要有3 種形式：（1）直接將納米級TiO2粉末投入廢水中發生光催化反應；（2）用其他金屬或金屬氧化物對TiO2進行摻雜，提高其催化活性及光照利用率；（3）將TiO2負載到某種介質上，方便使用與回收［8］。

本實驗合成了多孔TiO2-聚苯乙烯復合微球，將TiO2微粒負載到聚苯乙烯微球表面及內部孔道，研究其對印染廢水的光催化降解性能。

1 實驗

1.1 材料和儀器

材料：苯乙烯、二乙烯基苯、正己烷（分析純，南京化學試劑股份有限公司，使用前經堿洗、水洗、干燥），過氧化苯甲酰、TiO2粉末（分析純，無錫晶科化工有限公司），十二烷基磺酸鈉（SDS，化學純，南京化學試劑股份有限公司），乙烯基三乙氧基硅烷（分析純，默克試劑），實驗用水均為去離子水，印染廢水（南通觀音山某印染企業）。

儀器：恒溫水浴+電磁攪拌裝置（自制），BME-100L 型高剪切混合乳化機（上海威廣機械制造有限公司），UV-1801 紫外-可見分光光度計（北京瑞利分析儀器有限公司），HQ30D 型COD 分析儀（美國哈希公司），自鎮流熒光高壓汞燈（125 W，上海亞明燈泡廠有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 TiO2預處理

將8 g TiO2粉末與10 mL 乙烯基三乙氧基硅烷（偶聯劑）置于100 mL 乙醇-水溶液（體積比1∶1）中，超聲分散30 min，常溫緩慢攪拌12 h，離心分離、洗滌、真空干燥后得到改性TiO2白色粉末。

1.2.2 多孔TiO2-聚苯乙烯復合微球的制備

向19.0 g苯乙烯中加入1.0 g 二乙烯基苯，混合均勻后溶入0.2 g 過氧化苯甲酰，加入改性TiO2粉末，超聲分散2 min（油相）；將0.4 g SDS 溶解于100 mL 去離子水中（水相）。油相與水相混合后以6 000 r/min 乳化15 s，將乳液轉移至四口圓底燒瓶中，在約80 ℃、N2保護下聚合反應2 h，升溫至90 ℃，保溫1 h，反應結束后離心分離、洗滌、干燥，得到多孔TiO2-聚苯乙烯復合微球。

1.3 光催化降解印染廢水

用濾紙過濾原印染廢水，取200 mL 廢水并加入一定量復合微球，固定光照的距離與強度，調節廢水pH，在室溫、緩慢電磁攪拌條件下進行光催化反應，采樣分析COD 及色度。

在同樣的條件下，將廢水與復合微球置于暗室攪拌后進行對比實驗。

1.4 測試

COD 去除率：采用COD 分析儀測定，計算去除率=（1-CODi/COD0）×100%，其中，COD0和CODi分別為降解前后樣品的COD 值。

脫色率：采用GB 11903—1989《水質色度的測定》的稀釋倍數法測試色度，計算脫色率=（1-Ai/A0）×100%，其中，A0和Ai分別是降解前后樣品的色度值。

2 結果與討論

2.1 復合微球形貌

由圖1可知，微球具有規整的球形形狀，尺寸均勻。

圖1 TiO2-聚苯乙烯復合微球光學顯微鏡照片

2.2 COD 去除率影響因素

2.2.1 廢水pH

由圖2 可知，無光照時復合微球對廢水的COD去除效果很弱，COD 去除率最大值為9.53%。光照條件下，廢水pH 對光催化反應影響明顯，60 min、pH 為2～4 時，反應速度隨pH 增大而加快，pH 為4 時，降解反應速度最快，COD 去除率達到最大值34.88%，之后隨著pH 增大而下降，當pH 超過8 后，反應速度有所增加。360 min 時，有光照與無光照條件下COD 去除率相差很大，說明起關鍵作用的是光催化降解。盡管pH 不同，但是經過360 min 充分降解反應后，COD 去除率非常接近，最大值為69.81%，說明復合微球對印染廢水的光催化降解較好。COD 去除效果不佳，可能是廢水成分復雜，復合微球對某些有機物成分的光催化降解能力有限或者不起催化作用。