[发明专利]一种光电催化膜的应用

说明书

本发明属于光电催化膜技术领域，具体涉及一种光电催化膜的应用。一种光电催化膜的应用，将中间夹层含有混合金属氧化物的光电催化膜用于水的解离。具体方法为：采用五个隔室串联组成的水解离装置，五个隔室从左到右分别标记为1室、2室、3室、4室和5室，体积均为100mL，五个隔室依次采用光电催化膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜和光电催化膜4个隔膜进行隔开组成，采用直流稳压电源提供外加电压0.5～2.0V，350W氙灯作为光源，在光电作用下，光电催化膜中间层混合金属氧化物促进水解离为H+和OH‑。

技术领域

本发明属于光电催化膜技术领域，具体涉及一种光电催化膜的应用。

背景技术

双极膜是由阳离子交换膜、阴离子交换膜、以及中间界面层构成，由于其优异的性能，已经被广泛应用到酸碱生产、污水处理、有机合成等领域。当在双极膜两侧反向加压时(阳离子交换膜层朝向负极，阴离子交换膜层朝向正极)，两种离子交换膜层中的带电离子就会从中间界面层向主体溶液迁移，当膜中的带电离子全部迁移完后，电流的负载就要由中间界面层的水离解产生的氢离子和氢氧根离子来完成，中间界面层消耗的水又可以通过膜两侧溶液中的水向膜中间界面层渗透来弥补。

双极膜中间界面层水解离效率的大小是度量双极膜性能优越性的关键因素之一，因此，提高双极膜中间界面层水解离效率就尤为重要。目前研究者们采用的主要方法是对阴阳、离子交换膜进行改性，或者是在阴、阳两膜层之间增加第三层即催化剂层，加快水解离速率。水解离速率的提高有利于降低双极膜的阻抗，从而节约了电能消耗。Wakamatsu等运用静电喷涂沉积法制备了阴离子交换纤维和阳离子交换纤维的双极膜，由于纳米级的纤维具有大的比表面积和高的催化活性，大大加速了双极膜中间界面层水解离(Journal ofColloid and Interface Science,2006,300,442)。徐铜文等将羧基化的超支化聚酯 H30-COOK加入到双极膜中，增强了双极膜中间界面层的亲水性，加速了水解离，降低了膜阻抗，节约了电能消耗(Journal of Membrane Science,2009,344,129)。就目前双极膜水解离情况而言，尽管在某种程度上取得一定的效果，但总体来说，水解离效率仍然较低，而且对电能的消耗较大。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是现有技术中双极膜水解离效率低、电能消耗大的问题，并提供一种光电催化膜的应用。

本发明为解决上述问题而采取的技术方案为：

一种光电催化膜的应用，将中间夹层含有混合金属氧化物的光电催化膜用于水的解离。

优选地，本发明所述水的解离的具体方法为：采用五个隔室串联组成的水解离装置，五个隔室从左到右分别标记为1室、2室、3室、4室和5室，体积均为100mL，五个隔室依次采用光电催化膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜和光电催化膜4个隔膜进行隔开组成，其中1室、2室、4室和5室采用浓度为0.10～2.0mol L^-1的Na₂SO₄溶液作为电解液，3室采用浓度为0.05～5.0mol L^-1的NaCl溶液作为电解液，阳极采用钛基金属氧化物，阴极采用g-C₃N₄与石墨烯的复合材料，采用直流稳压电源提供外加电压0.5～2.0V，350W氙灯作为光源，在光电作用下，光电催化膜中间层混合金属氧化物促进水解离为H⁺和OH^-；

其中所述光电催化膜由阳离子交换膜、混合金属氧化物膜和阴离子交换膜组成，具体制备方法为：

(1)制备阳离子交换膜：采用聚乙烯醇、聚苯醚、聚砜和苯乙烯中的一种或几种任意比例的混合物作为阳离子交换膜的支撑骨架；磺酸基、羧酸基和磷酸基中的一种或几种任意比例的混合物作为阳离子交换膜的固定基团，通过流延法制备阳离子交换膜，面积为5×5cm²,厚度为30～80μm；