纳米光催化材料免回收处理TNT废水_杨毅

文章编号:1006-9941(2009)05-0625-05纳米光催化材料免回收处理TNT废水杨毅,王起伟,王连军(南京理工大学化工学院,江苏南京210094)摘要:为提高纳米粒子的分散性和避免水处理时的回收程序,制备了附载型纳米复合粒子和光催化反应器。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射图谱(XRD)和比表面积测试仪分析发现,制备的纳米TiO2/硅藻土复合粒子和纳米TiO2/SiO2复合粒子的纳米颗粒细小,比表面积和孔容积大。将纳米光催化复合材料负载于光催化反应器或直接分散于废水中,对比研究发现:重复使用6次后,前者的纳米光催化复合粒子对TNT废水的光催化降解效率保持90%以上,而后者的降解效率从97%迅速下降至50%左右。同时,红外光谱分析发现,后者处理后废水中发现有纳米光催化材料的存在;而借助于光催化反应器处理后废水中未发现有纳米光催化材料的残存,不需要额外的纳米材料回收程序。关键词:材料学;纳米复合材料;光催化反应器;水处理;TNT废水中图分类号:TJ55;X703.1;TU991.2文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1006-9941.2009.05.029收稿日期:2009-02-12;修回日期:2009-03-17基金项目:国家自然科学基金(50306008,50876046),江苏省博士后基金(0601044B)作者简介:杨毅(1973-),男,副研究员,主要从事微纳米材料制备及应用基础研究。e-mail:yyi301@163.com1引言利用纳米半导体材料高效的光催化性能对废水进行处理是纳米材料应用研究最早的领域之一[1-3],与其他水处理技术相比,具有很多优点[4-5]。不象絮凝法那样需要耗材(如水处理剂等)[6-7],不会像活性炭吸附处理那样存在因焚烧而产生的二次污染[8-9],也不会像生物法(如白腐菌)那样对环境的严格要求和对污染物处理的选择性[10-11]。但是,目前常用的方法[12]是将纳米光催化粉体(如纳米TiO2)直接投入废水中,使其在废水中充分悬浮和分散,利用纳米材料的光催化作用对废水中污染物进行光催化分解。其特点是纳米TiO2粉体与废水接触充分,光催化效率较高。但其无法克服的缺点在于,纳米颗粒粒度细小,回收难度大且难以回收完全,从而导致对水体的二次污染等问题。为解决纳米光催化纳米材料在废水、污水的处理过程中的团聚、光催化降解性能不高以及纳米颗粒难以回收的问题,实现长期循环使用,避免二次污染,利用设计的新型光催化反应器[13],实现了不需要额外的纳米材料回收设备就可以多次循环使用,并可以确保纳米光催化材料对TNT废水较高的光催化降解效率。2实验部分2.1实验装置与试剂钛酸四丁酯(CP,上海凌峰化学试剂有限公司);硅藻土(CR,国药集团化学试剂有限公司);正硅酸乙酯(AR,上海凌峰化学试剂有限公司);无水乙醇(AR,南京化学试剂二厂);乙酸(AR,国药集团化学试剂有限公司);TNT废水(辽林辽阳化工厂)。自制的旋转式光催化反应装置示意图如图1所示,主要由光源、旋转叶片、旋转轴、电机、废水池和排水口等组成。图1光催化反应装置图1—光源,2—光催化材料,3—旋转叶片,4—旋转轴,5—电机,6—废水池,7—排水口,8—废水Fig.1Sketchmapofphotocatalyticreactor1—lightresource,2—photocatalystsmaterials,3—rotatingpaddle,4—rotatingaxis,5—electricmotor,6—wastewaterpool,7—outfall,8—wastewater第17卷第5期2009年10月含能材料CHINESEJOURNALOFENERGETICMATERIALSVol.17,No.5October,20092.2实验方法(1)纳米复合粒子的制备与附载采用SOL-GEL法[14],以钛酸四丁酯为纳米TiO2的前驱物,无水乙醇为溶剂,加入醋酸作螯合剂,分别以硅藻土和正硅酸乙酯为载体原料,制备了纳米TiO2/硅藻土复合粒子和纳米TiO2/SiO2复合粒子。在水玻璃稀溶液中加入一定量光催化纳米复合粒子,超声5min使其充分分散,然后均匀地涂在经表面处理后的图1装置中的旋转叶片上,常温干燥24h,再安装于反应器上。(2)废水处理方法取2.0L稀释后的TNT生产废水,加入图1所示附载有纳米光催化复合粒子的反应器中,开启紫外灯,调节转速为90rad·min-1,开始催化反应,每隔0.5h取样一次,按照GB/T4918-1985测定处理前后TNT废水中总硝基化合物的含量[15]。采用分光光度法,测量废水中硝基化合物的含量,计算其降解率α:α=A0-AtA0×100%式中,A0为光催化降解前TNT废水的吸光