● 摘要
随着国内油田开发程度越来越深，我国许多油田相继进入了石油开采的中后期，其采出水含水率高达90%。油田采出水一部分经处理后用于回注，大量的废水需要经处理后达标外排。采出水如果处理不达标，会造成环境污染，甚至威胁人民的生命安全。传统处理工艺主要集中在石油类物质的处理，对COD去除效果不明显。随着国家对环保力度的加大，急需研发出能高效去除油田采油回注水中COD的新工艺。
本研究考察了TiO2光催化技术在采油回注水COD降解方面应用的可行性。针对粉末状TiO2光催化剂在光催化应用方面量子效率低的问题，本研究采用溶胶-凝胶法制备了Fe3+和 V5+共掺杂改性的粉末状TiO2复合光催化剂。根据不同的Fe3+掺杂浓度确定了相对应的最佳制备条件；根据采油回注水中的COD去除率大小，确定了Fe3+和 V5+的最佳掺杂质量分数：Fe3+为0.007%，V5+为0.00064%。通过对制备的各催化剂进行表征分析，结果表明，Fe3+和V5+的掺杂没有对TiO2复合催化剂的表面和粒径造成影响，催化剂为锐钛矿型，掺杂后比表面积略为增大。
采用最佳掺杂量的Fe3+和V5+共掺杂改性的TiO2复合催化剂对采油回注水进行光催化试验，研究催化剂投加量、pH值及光照时间等反应条件对催化活性的影响，得到最佳光催化条件，进一步考察了复合催化剂的光催化性能。研究结果表明，Fe3+和 V5+共掺杂改性的TiO2复合催化剂处理采油回注水的最佳反应条件为：催化剂投加量为1.5g/L，光照时间为80min，此时，COD去除率达到41.73%。采用TiO2复合催化剂-H2O2体系对采油回注水进行降解，当H2O2的投加浓度为0.03mol/L时，COD去除率为50.24%，两者具有较好的协同效果。
针对粉末状复合催化剂不易回收的问题，本研究采用沸石对复合催化剂进行负载，得到TiO2的最佳负载量为45%，经XRD分析可知，TiO2为锐钛矿型，且完整地负载在沸石表面。当催化剂投加量为2.0g/L，光照时间为80min时，COD去除率达到65.25%。采用TiO2复合催化剂-H2O2体系对采油回注水进行降解，在复合催化剂投加量为2.0g/L，H2O2的投加浓度为0.03mol/L时，COD去除率可达74.89%。