TiO2-聚苯乙烯复合微球对印染废水的光催化降解

2021-09-27艾亚菲

印染助剂 2021年9期

艾亚菲

（江苏工程职业技术学院纺织服装学院，江苏南通 226007）

近几年我国大力提倡绿色发展，生产企业面临越来越大的环保压力。印染废水一直是令人头疼的问题，废水中有很多有机污染物，色度高，如不处理将严重影响环境。

国内外企业常用物理吸附法处理印染废水，工艺简单、投资少，技术关键是寻求优良的固体吸附剂［1-3］。化学法主要通过氧化-还原反应降解废水中的有机污染物［4］，包括臭氧氧化、芬顿氧化、电氧化等。以TiO2光催化氧化降解工业废水中的有机污染物是研究热点［5-7］。TiO2为两性化合物，是一种半导体，在一定波长的光照下，价带电子被激发跃迁到导带，产生带正电的空穴，当电子与空穴分离后会与接触的O2、H2O、OH-发生复杂的电子转移反应，产生有强氧化力的自由基以氧化降解水中的污染物。利用TiO2处理废水主要有3 种形式：（1）直接将纳米级TiO2粉末投入废水中发生光催化反应；（2）用其他金属或金属氧化物对TiO2进行掺杂，提高其催化活性及光照利用率；（3）将TiO2负载到某种介质上，方便使用与回收［8］。

本实验合成了多孔TiO2-聚苯乙烯复合微球，将TiO2微粒负载到聚苯乙烯微球表面及内部孔道，研究其对印染废水的光催化降解性能。

1 实验

1.1 材料和仪器

材料：苯乙烯、二乙烯基苯、正己烷（分析纯，南京化学试剂股份有限公司，使用前经碱洗、水洗、干燥），过氧化苯甲酰、TiO2粉末（分析纯，无锡晶科化工有限公司），十二烷基磺酸钠（SDS，化学纯，南京化学试剂股份有限公司），乙烯基三乙氧基硅烷（分析纯，默克试剂），实验用水均为去离子水，印染废水（南通观音山某印染企业）。

仪器：恒温水浴+电磁搅拌装置（自制），BME-100L 型高剪切混合乳化机（上海威广机械制造有限公司），UV-1801 紫外-可见分光光度计（北京瑞利分析仪器有限公司），HQ30D 型COD 分析仪（美国哈希公司），自镇流荧光高压汞灯（125 W，上海亚明灯泡厂有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 TiO2预处理

将8 g TiO2粉末与10 mL 乙烯基三乙氧基硅烷（偶联剂）置于100 mL 乙醇-水溶液（体积比1∶1）中，超声分散30 min，常温缓慢搅拌12 h，离心分离、洗涤、真空干燥后得到改性TiO2白色粉末。

1.2.2 多孔TiO2-聚苯乙烯复合微球的制备

向19.0 g苯乙烯中加入1.0 g 二乙烯基苯，混合均匀后溶入0.2 g 过氧化苯甲酰，加入改性TiO2粉末，超声分散2 min（油相）；将0.4 g SDS 溶解于100 mL 去离子水中（水相）。油相与水相混合后以6 000 r/min 乳化15 s，将乳液转移至四口圆底烧瓶中，在约80 ℃、N2保护下聚合反应2 h，升温至90 ℃，保温1 h，反应结束后离心分离、洗涤、干燥，得到多孔TiO2-聚苯乙烯复合微球。

1.3 光催化降解印染废水

用滤纸过滤原印染废水，取200 mL 废水并加入一定量复合微球，固定光照的距离与强度，调节废水pH，在室温、缓慢电磁搅拌条件下进行光催化反应，采样分析COD 及色度。

在同样的条件下，将废水与复合微球置于暗室搅拌后进行对比实验。

1.4 测试

COD 去除率：采用COD 分析仪测定，计算去除率=（1-CODi/COD0）×100%，其中，COD0和CODi分别为降解前后样品的COD 值。

脱色率：采用GB 11903—1989《水质色度的测定》的稀释倍数法测试色度，计算脱色率=（1-Ai/A0）×100%，其中，A0和Ai分别是降解前后样品的色度值。

2 结果与讨论

2.1 复合微球形貌

由图1可知，微球具有规整的球形形状，尺寸均匀。

图1 TiO2-聚苯乙烯复合微球光学显微镜照片

2.2 COD 去除率影响因素

2.2.1 废水pH

由图2 可知，无光照时复合微球对废水的COD去除效果很弱，COD 去除率最大值为9.53%。光照条件下，废水pH 对光催化反应影响明显，60 min、pH 为2～4 时，反应速度随pH 增大而加快，pH 为4 时，降解反应速度最快，COD 去除率达到最大值34.88%，之后随着pH 增大而下降，当pH 超过8 后，反应速度有所增加。360 min 时，有光照与无光照条件下COD 去除率相差很大，说明起关键作用的是光催化降解。尽管pH 不同，但是经过360 min 充分降解反应后，COD 去除率非常接近，最大值为69.81%，说明复合微球对印染废水的光催化降解较好。COD 去除效果不佳，可能是废水成分复杂，复合微球对某些有机物成分的光催化降解能力有限或者不起催化作用。