TiO_2光催化剂降解含阿奇霉素废水的研究_廖禹东(1)

TiO2光催化剂降解含阿奇霉素废水的研究廖禹东,张宁(南昌大学化学系,南昌330046)摘要:以纯TiO2、纳米TiO2、掺Fe3+及掺Fe的纳米TiO2为光催化剂,在暗室光催化反应器中进行了含阿奇霉素废水的光催化氧化降解性能研究。系统考察了光催化剂种类、光照时间、催化剂用量、掺Fe量等因素对降解过程的影响。结果表明,在pH=6.4、t=30min、催化剂用量为10g/L时,掺0.05%Fe的纳米TiO2降解效果最佳。关键词:阿奇霉素废水;TiO2;光催化氧化中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1003-6504(2006)12-0077-03光催化氧化是一种新兴的现代水处理技术,具有工艺简单、易于操作、无二次污染的特点,尤其对于一些特殊污染物的处理,比其他氧化法更具有显著的效果。目前国内有关光催化降解有机物的理论研究和实践,尚处于起步探索阶段。但该方法常温、常压的条件及可利用太阳光作反应系统光源的“绿色”处理前景[1],已引起水处理界极大兴趣。有关催化剂改性和处理废水的研究文章,也多见报道[2-7]。但对于处理制药工业中含阿奇霉素废水的研究,还鲜见报道。本文应用四种TiO2光催化剂对该废水的处理进行了研究,系统探讨了光催化剂种类、用量、光照时间、Fe的掺杂量等因素对阿奇霉素废水降解效率的影响。从而为光催化氧化处理生物制药废水的可行性提供了基础实验数据。1实验部分1.1主要试剂和仪器试剂:催化剂(纯TiO2、纳米TiO2、掺Fe3+及掺Fe的纳米TiO2)自制。硫酸亚铁铵、重铬酸钾(分析纯,广州化学试剂厂);硫酸汞、硫酸银、试亚铁灵指示剂(分析纯,上海化学试剂厂);浓硫酸(分析纯,江西南昌化学试剂厂);含阿奇霉素制药废水(模拟水样)。主要仪器:20W紫外光源,北京玉泉石英玻璃仪器厂;磁力搅拌器,上海跃进医疗器械厂;800W微波炉一台(格兰仕)、消解罐8个。1.2实验方法(1)纯TiO2、纳米TiO2、掺Fe3+及掺Fe的纳米TiO2催化剂制备:按文献[8]方法进行。(2)COD去除率的测定:取200mL含阿奇霉素的废水,pHSJ-3F型pH计测量样品的pH值,再置于自己设计的光催化氧化反应器(如图1)的暗室中,加入一定量的光催化剂,废水底部通入氧气,控制其流量40mL/min;打开磁力搅拌,关闭暗室门,接通20W紫外灯进行光催化降解反应,每隔一定时间取样一次,用重铬酸盐法,测定并计算出化学耗氧量(COD)及COD去除率。COD(O2,mg/L)=(V0-V1)·C·8·1000/V(1)COD去除率=(COD0-CODt)/CODt×100%(2)2结果与讨论2.1不同类型TiO2光催化剂和降解时间对COD去除率的影响在污染物处理量(200mL)、光源功率(20W)、催化剂用量(0.15g)、pH值(6.4)、掺杂量(0.01%)相同的条件下,作者分别改变TiO2光催化剂的类型和降解时间,考察对COD去除率的影响,实验结果如图2。从图2结果可以看出:(1)掺杂0.01%Fe的纳米TiO2光催化剂对含阿奇霉素制药废水催化氧化降解效果明显优于其它三种催化剂。这是因为TiO2光催化机理是在阳光尤其是在紫外线的照射下,能自行分解出自由移动的带负电的电子(e-)和带正电的空穴(h+),发生一作者简介:廖禹东(1966-),女,高级讲师,硕士研究生,主要研究用光催化氧化技术处理医药废水,(电话)0797-6131798(电子信箱)LYD366@163.com。TiO2光催化剂降解含阿奇霉素废水的研究廖禹东,等77··DOI:10.19672/j.cnki.1003-6504.2006.12.032第29卷第12期2006年12月环境科学与技术系列化学反应,形成空穴-电子对,所以空穴-电子对(h+,e-)的复合速率决定催化效率的高低。当复合速率高,即空穴-电子对少时,催化效率低;h+,e-复合速率低,则催化效率高。在反应体系中加入氧化剂如Fe3+,它能将导带电子强有力地捕获,极大地减少光致电子与空穴的复合速率,从而提高催化效率。而在反应体系中加入还原剂如Fe,可以作为空穴俘获剂,减少空穴量,相应增加e-的数量,以增强还原能力,达到提高催化效率的目的[9]。(2)从图2还可知:不同类型的催化剂到达最大去除率的光照时间不同。纳米TiO2对COD去除率达50%(90min)后,随时间的延长COD去除率仍略有增加;而掺Fe3+和掺Fe的纳米TiO2在COD去除率分别达40.6%及60.7%(30min)。随时间的延长,COD去除率略有下降;纯TiO2在COD去除率达48.7%(90min)后,随时间的延长COD去除率也略有下降;这可能是在光催化氧化过程中降解产物吸附于催化剂表面的缘故,随光照时间的延长,吸附于催化剂表面的物质逐步降解而进入废