TiO2和稀硫酸改性TiO2复合材料降解废水土霉素的对比研究

刘晓艳，叶中伟，汪恂，朱雷，王姗，张军华

(1.武汉科技大学城市建设学院，湖北 武汉 430065；2.武汉东弘思源工程设计咨询有限公司，湖北 武汉 430070；3.湖北城市建设职业技术学院市政工程学院，湖北 武汉 430205)

0 引言

土霉素(OTC)是广泛用于畜牧业的一种广谱抗生素，一般的污水处理厂对废水中微量的抗生素去除能力有限，土霉素随着污水厂的尾水排放、地表径流及垃圾渗滤液的渗透进入水环境.地表水、地下水等水源中都有检测出抗生素的报道[1-6].水环境中的土霉素可以通过饮用水、畜禽产品等途径进入食物链，导致人体内产生相应的抗生素耐药性，对生态稳定和人类健康构成潜在的威胁.因此寻求新型高效、无二次污染的抗生素废水处理技术显得尤为必要[7-8].

1 材料和方法

1.1 实验材料主要试剂：钛酸四丁酯(TBT)、无水乙醇、浓硫酸、盐酸、氢氧化钠均为分析纯；土霉素(质量分数>95%)，上海国药；去离子水，实验室自制.

主要仪器：电子天平(AL204)，超纯水仪(SDLA-B-0501-P)，恒温磁力搅拌器(HJ-3)，电热鼓风恒温干燥箱(DGG-9140A)，马弗炉(KS-D-11A)，紫外-可见光分光光度计(UV-6100S)，光化学反应仪(YZ-GHX-A)，台式高速冷冻离心机(TGL-16M)，恒温震荡摇床(KYC-100B)，X线衍射仪(日本理学)，比表面积与孔隙率分析仪(美国Quanta).

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2 结果与讨论

图1 废水中土霉素浓度对降解能力的影响

2.2 TiO2和稀硫酸改性后复合TiO2投加量对土霉素去除率的影响废水中土霉素的初始浓度25 mg/L，反应温度30 ℃，废水pH值为4.3，当TiO2和稀硫酸改性后复合TiO2的投加量分别为30、40、50、60、70、80 mg，对应于50 mL反应溶液的质量浓度分别为0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 g/L，震荡时间为5 h，直至吸附达到平衡，结果如图2所示.

图2 TiO2和稀硫酸改性后复合TiO2投加量对土霉素去除效果的影响

图3 pH对土霉素去除效果的影响

2.4 吸附时间对废水去除率的影响当废水中土霉素浓度25 mg/L，最佳催化剂量1.2 g/L，废水初始pH值为原水pH值，水温30 ℃，反应时间分别为10、20、30、45、60、90、120、180、300 min时，进行吸附实验.结果如图4所示.

图4 反应时间t对土霉素的吸附效果

图5 样品的N2吸附-脱附等温线及其附支的孔径分布曲线图

图6 样品的BET比面积以及吸附、脱附支孔平均孔径

图7 样品的孔径-孔容增量分布图

图8 样品的孔径-累积孔容分布图

图9 纯的XPS全谱图

图原子相对含量

为进一步确定两复合物表面元素化合态及其化学位移的变化情况，分别对C1s、O1s、Ti2p和S2p进行XPS窄区扫描，如图11～13所示.

图11 纯中C1s的XPS拟合能谱图

图中S2p的XPS能谱图

图13 纯中Ti2p的XPS能谱图

图14 纯中O1s的XPS拟合能谱图

图15 纯的红外光谱(FT-IR)图

图16 (a)样品的UV-vis图、(b)样品的hν-[F(R)·hν]1/2曲线图

3 结论

纯TiO2和稀硫酸改性后复合TiO2处理废水中的土霉素时：

2)当废水中土霉素浓度一定时，随着催化剂投加量的增加，土霉素去除率先急剧增加再平缓增长，最后达到吸附饱和，去除率基本保持不变，本实验土霉素的初始浓度25 mg/L，水温30 ℃，废水pH值为4.3时，催化剂最佳投量1.2 mg/L.