[发明专利]一种用于水处理的光催化分离膜及制备方法

说明书

本发明属于水处理的技术领域，提供了一种用于水处理的光催化分离膜及制备方法。该方法通过在对叔丁基硫代杯[4]芳烃的合成过程中原位生成纳米TiO₂和纳米ZnO，然后与石墨烯复合，制得纳米TiO₂‑纳米ZnO‑杯芳烃‑石墨烯复合光催化剂，进一步加入聚醚砜纺丝液中，通过纺丝制得光催化中空纤维分离膜。与传统方法相比，本发明制备的光催化分离膜，同时解决了膜分离技术中的膜污染问题及光催化技术中的纳米粉体回收问题，并且可见光利用率高，光催化效率高，催化剂可实现均匀分散。

技术领域

本发明属于水处理的技术领域，提供了一种用于水处理的光催化分离膜及制备方法。

背景技术

光催化氧化技术是将具有光催化性能的材料与紫外光耦合的技术，是一种新型的水污染治理技术，具有高效、节能、适用范围广等特点，几乎可与任何有机物反应，常用来处理难生物降解的有机物，能将其直接矿化为无机小分子，具有广泛的应用前景。在各种半导体光催化剂中，由于TiO₂具有光催化活性高、稳定性强和价格相对较低等独特的优点，从而受到国内外的广泛关注。但是，细小TiO₂微粒不易为传统的分离技术(絮凝、沉淀)分离回收，重复利用率低，排出液易产生二次污染，严重限制了其应用。

膜分离技术是近20年迅速发展起来的一种新型分离、净化技术。在水处理过程中，它是通过膜表面的微孔截留作用来达到分离浓缩水中污染物的目的，膜分离过程中一般无相变和二次污染，可在常温下连续操作，具有能耗低、设备体积小、操作方便、容易放大等优势。然而，膜污染问题导致膜通量下降，并缩短膜的使用寿命，尽管控制膜污染措施取得了一定的研究进展，但仍是膜分离技术发展的主要瓶颈。

近年发展起来的将光催化和膜分离耦合的技术可以有效地解决以上两个问题。耦合技术不仅能保持光催化和膜分离技术工艺特性和处理能力，还能产生一系列的协同效应，从而解决单个处理工艺的缺陷。一方面光催化剂对污染物质进行氧化降解，膜在回收光催化剂的同时，也能阻挡未能氧化的污染物质和一些中间产物， 从而能较好地控制反应器中污染物质的停留时间，提高光催化降解率，保证出水有机物的完全去除；另一方面，二者的耦合能使得膜污染引起的膜通量下降问题得以解决或者减轻。

中国发明专利申请号201810299467.9公开了一种WO₃-ZrO₂光催化污水处理膜的制备方法，具体为：将氟锆酸铵加入到有机酸溶液中，水浴加热并搅拌，再加入钨酸钠到溶液中，搅拌，然后在得到的溶液中加入乙二胺，水浴加热并搅拌，得到二氧化锆凝胶；将二氧化锆凝胶、硝酸铈、有机聚合物溶解于丙醇溶液中，混合均匀后，在烘箱中将溶液蒸发掉，加入碳纳米管，然后进行水热处理，将经水热处理并冷却后得到的浆料在基材上进行涂膜，在室温下干燥后得到薄膜；将得到的薄膜从基材上取下，在真空下进行热处理，得到WO₃-ZrO₂光催化污水处理膜。

中国发明专利申请号201810299481.9公开了一种NiTiO₃-ZrO₂光催化污水处理复合膜的制备方法，将基膜和光催化薄膜热压形成所述光催化污水处理复合膜。光催化薄膜制备方法为：将氟锆酸铵、硝酸镍、钛酸四丁酯处理后得到的二氧化锆凝胶并同其他原料溶解于丙醇溶液，蒸发掉部分溶液，加入碳纳米管，加热后形成浆料在基材上进行涂膜，将薄膜在真空下进行热处理。基膜的制备方法为：将AL₂O₃薄膜置于CdS的前躯体溶液中进行水热反应，洗涤得到AL₂O₃-CdS薄膜；然后通过化学气相沉积P₂O₅。

综上所述，现有技术中将光催化和膜分离进行耦合的技术，存在光催化剂在膜中分散性差，极易团聚的问题，并且对可见光的利用率，上述原因均导致光催化分离膜的光催化效率低，水处理效果不理想，因此开发提高光催化剂分散性，并可高效利用可见光的光催化分离膜有着重要的意义。

发明内容