纳米TiO_2_Fe_3O_4光_省略_其在焦化废水处理中的初步应用研究_高敏江

焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度难以降解的有机废水，其成分十分复杂，含有多种难以被微生物降解或有生物毒性的有机物以及大量的铵盐、硫化物、氰化物等无机盐类[1]，是造成水体污染的重要污染源之一。目前，企业大多采用生化法处理焦化废水[2]，酚类物质去除率较高，但对难降解有机物处理效果不佳，COD、NH3-N等指标常常不能达到国家排放标准，更不能作为中水而回用。近来，环保要求逐年提高，对废水中NH3-N排放质量浓度更是提出了特别要求，因此，找到一种高效可行的深度处理方法显得尤其重要。本文采用高级氧化法中的光催化降解方式，自制纳米级TiO2/Fe3O4光催化材料，以国内某钢铁企业焦化厂焦化废水为目标水体，对其COD、NH3-N等污染指标的降解情况进行了初步的探究。1试验部分1.1试验原水试验用光催化剂为自制纳米TiO2/Fe3O4复合粒子，粒径约25～30nm。试验用水为在实验室放置一段时间的某钢铁企业焦化厂焦化废水，COD为1840mg·L-1，NH3-N质量浓度为252.7mg·L-1，浊度为65.0NTU，有机物为酚类、苯类、有机氮类、萘、蒽类。1.2试验药品及仪器试验用药品包括：甲基兰（C37H27N3O9S3Na2），氯化铁（FeCl3·6H2O），氯化亚铁（FeCl2·4H2O），盐酸（HCl），钛酸四丁酯（TBOT），乙酸（CH3COOH），无水乙醇（C2H5OH），去离子水。样品表征：采用RigakuDMAX-RB型X射线衍射仪（Cu靶）进行产物的晶相分析，分别采用ZEISSSUPRATM55型场发射扫描电镜（FE-SEM，10keV）、PHILIPS-FEITECNAI20型透射电镜（TEM）观察样品的形貌以及进行晶体结构分析。试验仪器主要有：自设计套管鼓泡式光催化装置（含4W管式紫外灯）；GM-0.50两用隔膜真空泵：额定电压220V，抽气速度30L·min-1，电机功率120W，正压力≥0.2MPa；752N紫外可见分光光度计：波长范围180～860nm；TR-420COD加热消煮器及NOVA-60水质分析仪；KDY-9810凯式定氮仪；TraceDSQGC-MS（气相色谱/质谱联用仪）。纳米TiO2/Fe3O4光催化剂的制备及其在焦化废水处理中的初步应用研究高敏江1，2，李素芹2，王习东1，苍大强2（1.北京大学工学院，北京100871；2.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083）摘要：应用纳米光催化法处理高浓度焦化有机废水，大量对比试验结果表明，在实验室高曝气量、纳米TiO2/Fe3O4光催化紫外光照射条件下，焦化废水中的COD和氨氮降解率可达98.91%和77.35%。采用磁性Fe3O4复合TiO2得到的纳米TiO2/Fe3O4光催化材料，既保有悬浮态纳米TiO2的高催化活性，又便于回收再利用。纳米TiO2/Fe3O4光催化剂具有较好的光催化活性，在紫外光照射下，辅以充分的空气搅拌，可以实现高浓度有机废水的较深度处理，预计在高浓度有机废水处理中有较好的应用前景。关键词：焦化废水；纳米TiO2/Fe3O4；光催化材料中图分类号：TQ031.7；X784文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)09-0073-005收稿日期：2009-11-27基金项目：国家自然科学基金项目（50772004）作者简介：高敏江（1984－），女，硕士研究生，研究方向为水资源及水处理技术联系作者：李素芹，博士，副教授；联系电话：13521616506；E-mail：lisuqin@metall.ustb.edu.cn第36卷第9期2010年9月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.9Sep.,201073DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2010.09.0191.3试验方法纳米TiO2/Fe3O4复合粒子的制备，采用溶胶凝胶法，磁核选择：自制磁核Fe3O4；磁核用量：2.0g；n(TiO2)：n(Fe3O4)=8：1；TBOT滴加液配比和顺序：30mL乙醇+3mL乙酸+30mLTBOT；酸度调节：pH=4；复合条件：40℃水浴、0.5h；热处理温度：450℃。避光条件下，光催化反应在底部鼓气的400mL圆柱形有机玻璃容器中进行；反应器下部为气室，上部为反应区，由微孔钛板分隔；功率为4W的紫外灯石英套管（主波长为254nm）竖直插入容器中作为光催化试验的光源。试验前开启紫外灯稳定15min，将一定量的降解目标液（甲基兰或焦化废水）与适量光催化剂混合，持续搅拌10min，待均匀后，转入反应器进行光催化降解反应，每隔一定时间取出目标液，磁场分离沉降，消除取样中微量光催化剂粒子对吸光度的影响，用紫外可见分光光度计测定其吸