《Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management》：Synthesis of titanium nitride nanoparticles for the photocatalytic treatment of slaughterhouse wastewater
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•通过固体态反应利用TiO2和g-C3N4合成了氮化钛纳米粒子。•屠宰场废水经过实验室规模的废水处理工艺（WWTP）处理。•该废水处理工艺包括沉降、混凝/絮凝和光催化。•经光催化处理后，初始COD去除率高达98.5%，最终COD值降至93 mg/L。引言肉类产业相关活动产生的
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通过固体态反应利用TiO2和g-C3N4合成了氮化钛纳米粒子。
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屠宰场废水经过实验室规模的废水处理工艺（WWTP）处理。
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该废水处理工艺包括沉降、混凝/絮凝和光催化。
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经光催化处理后，初始COD去除率高达98.5%，最终COD值降至93 mg/L。
引言
肉类产业相关活动产生的废水成分复杂，难以处理。在墨西哥，屠宰场的用水量约为每头牛1000升、每头猪500升（Hurtado等，2021）。此外，考虑到全球约30%的农作物用于饲养牲畜（Philipp等，2021），肉类产业的实际用水量更高。屠宰场废水（SWW）是由动物屠宰、肉类处理、设施和设备的清洁消毒等一系列工序产生的。屠宰场产生的废水以高有机物含量（COD和BOD）为特征，其中含有脂肪、血液、病原体、兽药、洗涤剂以及大量的总氮（TN）、总磷（TP）和总悬浮固体（TSS）（Bustillo-Lecompte和Mehrvar，2015）。因此，由于该废水基质复杂，其处理极具挑战性。未经处理的屠宰场废水排入水体将对环境和公共健康构成威胁。然而，日益严格的环保法规要求在废水排放前对其进行高效处理。屠宰场废水可采用现有的市政污水处理技术进行处理，可能包括生物处理与物理化学处理的组合（Ng等，2022）。
以往使用实际屠宰场废水的研究表明，将不同的废水处理工艺相结合可以产生符合排放标准要求的出水（Kanafin等，2022；Moles等，2024）。沉降是一级废水处理工艺（WWTP），通过沉降去除粗颗粒和细颗粒固体。该工艺必不可少，因为样品中可能含有毛发、凝固血液、皮肤碎片等杂质。另一项一级WWTP是混凝/絮凝工艺，即将化学药剂（如铝盐或铁盐）加入废水中形成絮体，然后通过沉降或过滤去除。混凝/絮凝工艺可去除无法通过自然沉降去除的固体，通常作为其他高级水处理工艺之前的预处理步骤（Badawi等，2024）。光催化是一种先进的WWTP，无需使用有害化学品（次氯酸盐、过氧化物或臭氧）即可去除有机污染物（Ramirez-Canon等，2018）。常用的光催化剂为ZnO和TiO2（Medina-Llamas等，2020）。然而，这两种材料仅在紫外光下具有光催化活性，这限制了其在太阳光下的应用。因为紫外线仅占太阳辐射的约8%，而可见光占42%。一个好的方法就是使用在可见光下具有活性的光催化剂。氮化钛（TiN）是一个合适的选择，它具有宽范围的光吸收光谱、良好的导电性以及类似贵金属的能带结构，从而克服了金属氧化物的缺点（Mahajan等，2024）。
本研究报道了一种多级实验室规模废水处理工艺的性能表现，所用废水取自墨西哥西部地区某屠宰场进入集泥池之前的废水。该废水处理工艺包括沉降、混凝/絮凝，随后进行光催化处理。在本研究中，我们测试了在可见光谱中具有活性的TiN纳米粒子。据我们所知，TiN从未被报道用于光催化处理屠宰场废水。此外，光催化实验分别采用了太阳能或LED辐射进行。将所合成材料的性能与二氧化钛（TiO2）P25进行了比较，后者被视为光催化领域的基准材料。
章节摘要
氮化钛纳米粒子的合成
将20克三聚氰胺（MLM，99%，Sigma Aldrich）与TiO2（锐钛矿型，Sigma Aldrich）按不同质量百分比混合，TiO2:MLM分别为1.0%或2.5% wt。将粉末充分混合后，用研钵和研杵研磨，然后放入氧化铝坩埚中，进行第一次加热程序：从室温以5°C/min的速率升温至550°C，保温2小时。第一次加热步骤可生成石墨相氮化碳，作为TiO2氮化的氮源，
结果与讨论
为获得TiN纳米粒子，将三聚氰胺与不同量的TiO2混合。其原理是在原位生成g-C3N4，在高温（> 650°C）下分解为氨气，从而与TiO2反应生成TiN。所提出的反应为：
因此，反应（1）在高温（800°C）下进行，无需向管式炉中通入氨气流（氨气具有高度腐蚀性和毒性）。以往报道表明TiN可以
结论
屠宰场废水经过实验室规模的废水处理工艺（利用TiN纳米粒子进行沉降、混凝/絮凝和光催化处理）。纳米粒子通过固体态反应合成，获得具有立方相结构、粒径为180 ± 32 nm且带隙约为2.5 eV的纳米粒子。采用太阳能进行的光催化实验能够去除高达98.5%的初始COD（6000 mg/L），最终COD值降至93 mg/L。结果
CRediT作者贡献声明
Enrique Vega Sanchez：研究设计，形式分析，数据整理。Alessandro Girella：调查，形式分析。Chiara Milanese：调查，形式分析，数据整理。Maria Medina Llamas：撰写——审阅与编辑，形式分析，数据整理，概念化。Carlos Javier Escudero：撰写——初稿撰写，形式分析，数据整理，概念化。
未引用参考文献
经济部，2001
环境与自然资源部，2022
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知经济利益冲突或个人关系。
致谢
CJE感谢瓜达拉哈拉自治大学为本研究项目提供的设施支持。
Enrique Vega Sanchez|Alessandro Girella|Chiara Milanese|Maria Medina Llamas|Carlos Javier Escudero
