SiO2/TiO2复合气凝胶的制备及对胶印油墨废水处理的研究

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随着印刷技术的不断发展,印刷行业废水的排放量与日俱增、成分复杂、难以生化降解等问题越发严重,因而开发一种经济、高效的废水处理方式便成为了研究的热点。光催化氧化法是近年来盛行的绿色水处理方法,可将其用于处理印刷废水。而二氧化钛以其无毒、价廉、光催化性能优良而作为常用的绿色光催化剂。二氧化硅气凝胶是一种具有高比表面积、多孔等优质性能的材料,可以作为良好的催化剂载体。本文采用溶胶凝胶法和常压干燥法制备了二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶,不仅具有二氧化钛的光催化活性,也克服了二氧化钛粉末难以分离回收、成本高等问题,并以此作为复合光催化剂来处理胶印油墨废水,结果发现这种光催化剂可以显著降低废水的COD和色度,且可回收再利用。具体研究内容如下:(1)二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的制备以钛酸丁酯(TBT)和正硅酸乙酯(TEOS)分别作为钛源和硅源,正硅酸乙酯和三甲基氯硅烷作为表面改性剂,正己烷作为低表面张力溶剂,各主要原料配比为:n(TBT):n(TEOS):n(Et OH):n(HAC):n(H2O):n(H+):n(DMF)=1:1:20:2:6:1×10-3:0.2,制备得到了Si O2/TiO2复合气凝胶,结果表明:制备的复合气凝胶热稳定性能优良,其中硅钛元素均匀分布而且呈疏松多孔状态。详细研究了不同硅钛比对SiO2/TiO2复合气凝胶的密度、比表面积和结构的影响,以及煅烧温度对其比表面积和晶体结构的影响,实验结果表明:随着硅钛比的减小,复合气凝胶密度呈减小趋势,最低为0.17g/cm3;当硅钛比为1:1时,复合气凝胶比表面积最大,为701.6m2/g。经过煅烧后的复合气凝胶,随温度的升高比表面积呈下降趋势,到800℃时,降低至220.68m2/g,仍具有较大的比表面积,能够满足光催化条件。同时,XRD结果表明,在800℃下煅烧时,复合气凝胶锐钛矿衍射峰最明显,具有光催化活性。(2)二氧化硅/二氧化钛复合气凝胶的应用研究本文探索了光催化氧化法处理胶印油墨废水的各影响因素,获得了光催化氧化法处理胶印油墨废水的最优工艺。首先对废水进行混凝预处理,降低废水浊度,提高光的透过率,然后采用光催化氧化法处理废水。结果表明:光催化氧化在以下条件降解胶印油墨废水时达到最优:催化剂(煅烧温度为800℃、硅钛比为1:1的复合催化剂)投加量为0.2g/L,紫外光照时间为30min,pH为5时,废水中COD和色度的去除率分别为92.4%和94.6%。其催化效果明显优于P25。复合气凝胶的重复利用次数检测结果表明,复合催化剂在使用8次后对废水中COD的去除率仍在85%以上,明显优于不能回收利用的商品P25。本研究结果表明,光催化处理胶印油墨废水的方法切实可行,为胶印油墨废水的工业化处理提供了依据。
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