[发明专利]具有导电和光催化功能聚合物/无机物粒子杂化分离膜

说明书

技术领域

本发明涉及功能分离膜制备技术，具体为一种具有导电和光催化功能聚合物/无机物粒子杂化分离膜。

背景技术

膜分离作为一种新兴分离技术，高效、节能、环保，现已成为解决资源危机和环境恶化问题的有效手段，同时也是有机废水处理的一项关键技术。然而，膜在处理有机废水过程中，由于有机污染物沉积于膜表面和内部微孔，引起跨膜压差升高，膜的渗透通量、截留率等性能下降，使用寿命缩短。尽管有关膜污染的控制措施取得了一定的研究进展(MengF G，Chae S R，Drews A，Kraume M，Shin H S，Yang F L.Recent advances in membranebioreactors(MBRs)：Membrane fouling and membrane material.Water Res，2009，43(6)：1489-1512.Liu C X，Zhang D R，He Y，Zhao X S，Bai R B.Modification of membranesurface for anti-biofouling performance：Effect of anti-adhesion and anti-bacteriaapproaches.J Membrane Sci，2010，346(1)：121-130.)，但膜的污染问题仍然限制了膜分离技术的广泛应用。

将光催化技术和膜分离技术有机耦合，可利用光催化作用降解膜上沉积的有机污染物，使其自动脱附，进而避免膜运行过程中的不可逆污染，有望实现膜在抗污染性能上的突破。Mozia等(Mozia S，Toyada M，Inagaki M，Tryba B，Morawski AW.Application ofcarbon-coated TiO₂ for decomposition of methylene blue in a photocatalytic membranereactor，J Hazardous Mater，2007，140(1-2)：369-375)将TiO₂与聚乙烯醇混合高温炭化制备了炭改性TiO₂光催化剂，并将光催化过程与膜蒸馏过程集成处理亚甲基蓝废水，成功实现处理液中催化剂和副产品的分离。但膜材料在抗污染性能方面的研究始终未能取得突破，这主要是因为在TiO₂光催化过程中，载流子的复合率很高，导致量子效率过低，基膜和光催化剂之间缺乏有机耦合。为解决这一问题，可采用外加低压电场与光照相结合，外部电场的作用可有效阻止载流子的复合，增加OH·的生成效率，省略了向系统内添加电子俘获剂(O₂)(He C，Li X Z，Xiong Y，Zhu X，Liu S.The enhanced PC and PEC oxidarionof formic acid in aqueous solution using a Cu-TiO₂/ITO film，Chemosphere，2005，58(4)：381-389.)。

李建新等以管式炭膜为基膜，结合电催化原理、表面修饰技术以及溶胶-凝胶技术，将纳米TiO₂搭载于炭膜基体上制备出电催化膜材料。用其处理200mg/L含油废水，在200min的操作时间内，通量保持在90％以上，化学耗氧量去除率达到94.4％均优于传统膜分离过程(参见李建新等，一种抗污染电催化膜及反应器，国际发明专利，PCT/CN2009/074542.)。