凹凸棒土、活性炭和TiO2多孔陶瓷球对印染废水的处理

李 杰，强颖怀，潘业才

（中国矿业大学材料学院, 江苏 徐州 221116）

凹凸棒土、活性炭和TiO2多孔陶瓷球对印染废水的处理

李 杰，强颖怀，潘业才

（中国矿业大学材料学院, 江苏 徐州 221116）

以凹凸棒土为吸附载体，活性炭为添加剂，TiO2为光催化剂分别制备凹凸棒土/活性炭、凹凸棒土/纳米TiO2、凹凸棒土/活性炭/纳米TiO23种多孔陶瓷球，研究其对印染废水的处理效果。初次处理后，第三种陶瓷球对废水的降解率最高，通过避光前后降解率的对比，表明在降解过程中发生了光催化作用；重复3次同样的试验，结果表明第三种复合球对印染废水的处理效果最好。通过正交试验的方法，研究了质量比、煅烧温度、煅烧时间和分散剂用量对废水处理效果的影响。本试验条件下，通过综合平衡分析后的最优方案为：质量比6∶1∶1、温度400℃、时间90min、分散剂用量0.5mL。

凹凸棒土；二氧化钛；光催化剂；多孔陶瓷球

1 引言

印染废水具有碱性强、色度和COD值高，水质水量变化大，具有刺激性气味等特点，属于难降解的工业废水[1]。近年来，全球环保行业的各种废污水处理方法、处理设备不断涌现出来，但用于处理印染废水的主要方法仍然是生化法和物化法两大类。随着印染技术的进步和化纤织物的发展,新型助剂、PVA浆料等难生化降解的有机物大量进入印染废水，同时，国家和地方不断提高水质标准，传统的方法已经不能使处理后的废水达到排放标准[2]。自1972年Fujishima和Honda在TiO2单晶电极上发现水能被光催化分解得氢以来[3]，多相光催化技术得到了快速的发展，已经成为废水处理领域的一种新型高效的水处理技术，并得到了国内外学者的广泛关注[4-6]。但TiO2作为光催化剂对太阳能的利用率低，对有机物的吸附性差，易团聚和回收分离困难等缺点，严重影响其粉体的各种优异物化性能的发挥。本研究以凹凸棒土为吸附载体，活性炭为添加剂，TiO2为催化剂制备复合型光催化剂，对复合光催化剂进行造粒、烧结，制成复合多孔陶瓷球，对印染废水进行处理，以期找到一种崭新的处理路径。

2 试验

2.1 试剂与仪器

凹凸棒土(提纯后)，江苏省盱眙凹土中心；纳米TiO2(锐钛型)；活性炭(市售)；三乙醇胺(分析纯)；印染废水(徐州某印染厂)；去离子水等。

美国lamotteCOD测试仪，自制光催化装置和抗压强度计，紫外灯，101A-3型干燥箱，LD4-2型离心机等。

2.2 不同复合陶瓷球的制备

按质量比为5∶1∶1的比例称取凹凸棒土、活性炭和纳米Ti，将凹凸棒土/活性炭、凹凸棒土/纳米TiO2、凹凸棒土/活性炭/纳米TiO2分别加入一定量的去离子水，在高速搅拌下混合均匀，造粒成型，在100℃左右干燥后，在400℃下焙烧1h，制备各组试样，测试各组试样对污水的降解率。

2.3 正交试验方案确定及复合陶瓷球的光催化降解效果

综合考虑试验条件和实验室操作方便，确定以凹凸棒土、活性炭和纳米TiO2的质量比、复合球的煅烧温度、煅烧时间和分散剂的用量作为4因素进行正交试验，在额定功率的紫外灯照射下，降解印染废水。

3 结果和讨论

3.1 复合陶瓷球对印染废水的处理效果

3.1.1 在紫外灯下的处理效果

取相同体积的印染废水，分别利用凹凸棒土/活性炭、凹凸棒土/纳米TiO2、凹凸棒土/活性炭/纳米TiO23种复合陶瓷球在紫外灯下处理2h，处理后的废水的COD值变化如图1所示，初次处理后，3种复合陶瓷球对废水的COD都有很好的降解作用，60min时趋于平稳，降解率分别达到75%、66.4%和77.2%。

3.1.2 在避光条件下的处理效果

其他条件相同，在避光条件下处理2h后的废水COD值随时间的变化如图2所示。与紫外光下对废水的降解率相比，凹凸棒土/活性炭复合陶瓷球相差不大，但凹凸棒土/活性炭/纳米TiO2复合陶瓷球明显下降，60min时COD去除率仅为64.3%，说明在紫外灯下发生了光催化作用，而且活性炭有利于光催化的效果。

3.1.3 重复处理效果

将这3种陶瓷球在3.1.1的条件下重复处理3次后，废水的COD值变化情况如图3所示，60min时其降解率分别为44.7%、45.4%和54.6%。显然凹凸棒土/活性炭/纳米TiO2复合球3次重复处理后对废水的降解效果最好。

3.2 正交试验

3.2.1 试验因素与水平设计

分别选择凹凸棒土、活性炭和纳米TiO2的质量比、复合球的煅烧温度、煅烧时间和分散剂用量作为4因素，进行3水平试验，各因素及其水平见表1。

表1 制备复合多孔陶瓷滤球的各因素及水平

3.2.2 选择正交试验

根据因素和水平的要求，选用正交表L9(34)的前三列，试验安排如表2所示。

3.2.3 数据计算与结果分析

每号试验组合条件均进行3次重复试验，取其平均值填入表2中的试验结果项目；每个试验都分别对两个指标进行测定。试验结果统计见表3。

对污水的降解率来说，D和A两因素极差R相差不大，但A对陶瓷球的强度影响最大，综合考虑4个因素对两个指标影响的主次关系为ADCB。

表2 制备陶瓷滤球的正交试验

因素C：对两个指标来说，最优水平都为C2，所以选C2。

因素D：对强度几乎没有影响，但对降解率影响最大，最优为D3，故选D3。

因素A：对两个指标来说都是主要因素，但考虑到陶瓷球的可重复利用性以及成本问题，故选A3。

因素B：对强度的贡献不太多，但对降解率是较主要因素，所以选B2。

表3 试验结果统计

通过综合平衡分析后，复合陶瓷球处理印染废水的最优方案是A3D3C2B2。

4 结论

以凹凸棒土为吸附载体、活性炭为添加剂、二氧化钛为催化剂制备的复合型光催化剂在紫外光下对印染废水进行处理，结果表明复合体对COD的降解效果良好，且不只是吸附作用，光催化也发生了作用，初次降解率60min时达到77.2%；活性炭的加入有利于光催化的效果。本试验条件下，通过综合平衡分析后的最优方案为：质量比6∶1∶1、煅烧温度400℃、煅烧时间90min、分散剂用量0.5mL。

复合陶瓷球解决了物理吸附剂处理废水后难以清理、二次污染和再生困难等问题，为废水处理提供一种新的思路。

[1]王白杨,张卓,何慧.生物/化学/物理联合工艺处理高温印染废水并回用[J].中国给水排水,2008,24(17):56-58.

[2]李家珍.染料、染色工业废水处理[M].北京:化学工业出版社,1997.

[3]FUJISHIMA A, HONDA K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J]. Nature, 1972,238:37-38.

[4]JUCHIDAH, ITOHS, YONEYAMAH. Photocatalytic decomposition of propyzamide using TiO2supported on activated carbon[J].Chem. Lett, 2001,22:203-205.

[5]王程,龚文琪,李艳,等.矿物负载纳米TiO2光催化材料的制备及其在偶氮染料废水处理中的应用[J].材料科学与工程学报,2008,26(1):129-133.

[6]FUJISHIMA A, RAO T N, TRYK D A. Titanium dioxide photocatalysis[J]. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Review, 2000,(1):1-21.

[7]刘立敏,张鹏,徐瑞芬.粘土、活性炭、二氧化钛复合陶瓷球对染料废水的降解[J].水处理技术,2007,33(4):11-13.

Treatment of Dyeing Wastewater by Porous Ceramic Ball With Attapulgite, AC and TiO2

LI Jie, QIANG Ying-huai, PAN Ye-cai
(Department of Materials Engineering, China University of Mining And Technology, Xuzhou 221116, China)

Three porous ceramic ball were prepared with attapulgite, AC and TiO2, such as attapulgite-AC, attapulgite-TiO2and attapulgite-AC-TiO2. The research was on treatment of dyeing wastewater. The rate of degradation was the highest by the third ceramic ball at first treatment, and the progress was done in the dark again. By contrast, it is showen that catalysis of light acted in degradation process. And the results showed that the third ceramic ball was the best one on wastewater. By use of orthogonal experimental design, the effects of mass ratio, temperature, time and the amount of dispersant were investigated in the laboratory.After a comprehensive analysis, the optimum program were as follows: mass ratio was 6:1:1; calcination temperature was 400℃; time was 90min and the amount of dispersant was 0.5mL.

attapulgite; TiO2; photocatalyst; porous ceramic ball

X703

A【文献标识码】1007-9386(2011)02-0045-03

中国矿业大学科技专项基金(ZK0005)。

2011-02-25