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水热法制备纳米 TiO 2 处理垃圾渗滤液

北极星环保网来源:工业安全与环保2017/1/13 16:51:58我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:垃圾渗滤液 光催化 水热法

北极星环保网讯:摘要:以钛酸四正丁酯为原料,采用水热法制备纳米 TiO 2 材料,经过高温煅烧后,对其降解垃圾渗滤液的催化活性进行测定,并用 XRD,TEM 和 UV -  Vis 对其晶体结构进行表征。实验结果表明,水醇比、水热温度和酯加入量对 TiO 2 催化效率有显著的影响,当水醇比为 1∶ 3、煅烧温度 500 ℃、水热时间  4 h、Ti( OC 4 H 9 )4加入量为 10 mL 条件下制备的 TiO 2 粉末光催化活性最好,对垃圾渗滤液的降解在 180 min  时均可以达到73%,COD 的去除率可达 76. 92%。

0 引言

垃圾渗滤液有机污染物浓度高、种类多且色度大,属典型难生物降解的高浓度有机废水。采用常规的生化法处理,很难达到理想的处理效果。因而研究高效低耗、节能环保的新材料,来处理这类废水显得非常必要。

纳米 TiO 2  光催化材料作为一种新型水处理材料,具有无毒、化学性能稳定、高氧化性以及良好的光电转化和光催化性能。在处理水中有毒有机污染物,尤其是高浓度有机废水时效果显著。

水热法制备 TiO 2 光催化材料,具有独特的优势: 一方面,可得到其他方法难以获取的低温同质异构体;  另一方面,产物纯度较高,所需仪器设备较简单。

1 实验

1. 1 试剂与仪器

主要试剂: Ti( OC 4 H 9 )4 ( 分析纯) ,去离子水,C 2 H 5 OH( 分析纯) ,聚乙二醇( PEG2000) 。主要仪器: X  射线衍射仪( Xrertpro) ,透射电子显微镜( FEI Tecnai F20 S - TWIN) ,水热反应釜( 100 mL) ,磁力搅拌器( CJJ  - 931( HJ - 6) ) ,紫外可见分光光度计( UV -6100S 和 Lambda 750 S 型) ,台式高速离心机( TG16 - WS)  ,恒温鼓风干燥箱( GXZ - 9070MBE) ,马弗炉( SX 2 - 4 - 10) ,光化学反应仪( YZ - GHX - A) 。

1. 2 催化剂的制备

将一定量的钛酸正四丁酯与 10 mL 无水乙醇混合均匀制得A 溶液,将剩下的无水乙醇与水混合并加入一定量的聚乙二醇制成 B 溶液,将 A  溶液逐滴滴入搅拌的 B 溶液中。A 溶液和 B 溶液的总体积为 70mL,混合液中水醇比( 体积比) 取1∶ 30,1∶ 10,1∶ 3,1∶ 1,3∶  1,5∶ 1。各量取60 mL 混合液倒入反应釜中,在一定温度的恒温鼓风干燥箱中保温一定时间。反应结束自然冷却后将釜内产物用高速离心机( 转速5 000  r/min) 离心,取离心管底部白色沉淀,用蒸馏水洗涤 3 ~4 次,再用无水乙醇洗涤 2 ~3 遍,然后将白色沉淀放入60  ℃的恒温鼓风干燥箱保温干燥,研磨成粉末,最后在一定温度下煅烧不同时间,制得不同条件的 TiO 2 催化剂。

1. 3 光催化性能的测定

1. 3. 1 实验降解物垃圾渗滤液

实验采用的垃圾渗滤液取自武汉市江夏区某垃圾填埋场渗滤液处理工艺中的厌氧调节池。为了更好地进行实验,将垃圾渗滤液稀释 10  倍后测定,实验室测得稀释后的溶液主要参数见表 1。

表 1 某垃圾填埋场渗滤液调节池水质参数

1. 3. 2 垃圾渗滤液处理实验

称取一定量的 TiO 2 粉末于平底石英试管中,配制 0. 1 g/L 的垃圾渗滤液溶液,量取 50 mL 溶液倒

入试管中。

本实验选择 365 nm 的紫外灯管。将试管放入光化学反应仪中,光化学反应参数为 n =150 r/min,P =500 W,d =10 cm。30  min 取样 1 次,取样 5 000r/min 离心 10 min,用紫外可见分光光度计( UV -6100S) 测量上清液的色度( λ =320 nm)  。在降解实验时分别做有光照无催化剂和加入催化剂不进行光照的培养皿实验对照组。用重铬酸盐法测光催化实验前后的水样 COD 值。

1. 3. 3 数据处理

实验降解物的降解效果以脱色率表示,脱色率的计算方法如下:η = ( A 1 - A 2 ) /A 1 ×100%式中,A 1 为实验降解物的初始色度,A  2为光照 t 时间后实验降解物的色度。

2 实验结果与讨论

采用 X 射线衍射( XRD) 分析 TiO 2 的粒径和矿型; HRTEM 表征分析 TiO 2 样品的粒径、晶化程度、晶粒分布以及团聚情况;  紫外—可见光吸收光谱( UV - Vis) 表征分析 TiO 2 样品对光谱的响应范围以及最大吸收波长。3 种测试结果相结合分析 TiO  2样品的光催化性能。

2. 1 TiO 2 样品的 XRD 分析

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