印染廢水主要來源于染料及染料中間體生產行業,由于染料生產品種多,并朝著抗光解、抗氧化、抗生物氧化方向發展,從而使印染廢水處理難度加大。 光氧化法是一種新型的處理方法,是在向廢水中投加催化劑如 TiO2,催化劑在紫外光照射下產生電子-空穴對;表面羥基或水吸附后形成表面活性中心;表面活性中心吸附有機物;氫氧自由基形成;有機物被氧化;氧化產物的脫離,從而達到廢水凈化、脫色的目的。光催化法在處理印染廢水方面表現出了獨到之處。通過光催化作用,廢水的結構發生了變化,由有機大分子變成小分子,最終形成無機礦化物,如CO2 等。 光催化氧化由于光透過率的影響,直接用于處理高濃度染料廢水的報道較少,本試驗通過 TiO2懸浮液對高濃度染料酸性藍(簡稱AB)廢水進行光催化氧化脫色可行性研究,取得較好效果。
1 試驗部分
1.1 試劑和儀器 TiO2(CP);染料酸性藍(Acid Blue 62);H2O2(質量分數 30%);300 W直形紫外線高壓汞燈;7200可見光分光光度計;BT-100恒流泵;X射線衍射儀;電鏡 JSM-5600 LV;光催化氧化反應器(自制)。1.2 試驗方法 稱取一定量的酸性藍(以下簡稱AB)用蒸餾水配制成質量濃度分別為 1000,500,100 mg/L溶液,取 320 mL左右上述溶液于燒杯中,加入一定量的TiO2 催化劑,用攪拌機攪拌使催化劑保持懸浮狀態兼曝氣。通過蠕動泵使懸浮液處于循環。用300 W 紫外線高壓汞燈于石英套管中進行光照, 間隔一定時間取樣,經離心分離,過濾,取適量濾液用蒸餾水稀釋適當倍數后測定吸光值。1.4 脫色率的計算 染料水溶液色度計算使用文獻[4] 中的方法。AB的最大波長在 640 nm 左右,從而取定 480到 700之間的可見光區每隔 20 nm 選定1個點,共計13個點,由樣品的13個點的吸光度總和可計算得出脫色率。
脫色率=[(&Si
式中 ∑A前,∑A后 分別為染料溶液處理前后在13個點的吸光度之和。
2 結果與討論
2.1 催化劑TiO2 的特性表征 TiO2 最常見和最有用的是銳鈦礦和金紅石型兩種晶型。對這兩種晶型做了很多的研究[5-6]。由于粒徑和結構的不同,造成兩種晶型在物理和化學性質上產生了較大的差異。筆者就兩種商品二氧化鈦相同量對 500 mg/L AB染料做對比實驗,得到 40min 后樣品1對染料有17.6 %的去除率,而相同的條件下,樣品2只有8.6 %的去除。其光催化活性呈現較大的差異。對2種樣品做電鏡照射發現其粒徑有較大的差異。
樣品2的多聚集狀態,且粒徑比樣品1要大得多,這就導致了光反應過程中,光催化劑的分散性能不好,光子的吸收,以及電子-空穴的生成就會相應的減少。從對染料的光催化性能比較,可得到樣品1 有更好的處理效率。進一步 用X射線衍射儀對所用的TiO2 樣品1進行表征:銅靶,2 θ=20°-70°。將衍射的結果與金紅石型、銳鈦型的標準衍射譜數據進行比較,結果表明:實驗所用的TiO2 主要是銳鈦礦型。銳鈦型的TiO2對染料有較強的光催化降解能力,這是因為銳鈦型的TiO2催化劑的有效吸收波長范圍較金紅石型TiO2寬[7]。
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