[发明专利]一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种CdS/MIL‑101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜及其制备方法与应用，超滤膜中，PVDF作为基体，CdS/MIL‑101(Cr)光催化剂作为活性组分，活性组分均匀分布于基体中；改性PVDF超滤膜由包括以下重量份含量的组分制备而成：聚偏氟乙烯17‑19份、聚乙烯吡咯烷酮2.5‑3.5份、N,N‑二甲基乙酰胺76‑80份、CdS/MIL‑101(Cr)光催化剂0.5‑1.5份；改性PVDF超滤膜应用在抗膜有机污染物或抗菌中。与现有技术相比，本发明提供的改性膜亲水性高，光催化活性好，在可见光照射下可有效减轻有机污染物造成的膜孔阻塞，且对大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌和以金黄色葡萄球菌为代表的革兰氏阳性菌具有良好的杀灭作用，可显著抑制膜表面生物膜的形成，具有良好的同步抗污染及抗菌效果。

技术领域

本发明属于水处理中的膜分离技术领域，涉及一种CdS/MIL-101(Cr)可见光光催化剂改性PVDF超滤膜及其制备方法与应用。

背景技术

膜分离技术因具有结构简单、操作方便、能分离水中各类物质、且能在常温下进行操作，具有环保节能、低能耗、低成本等优势，在国内外受到了广泛的青睐。膜材料是膜分离技术的基础，是膜技术能否实现工业化的关键因素。然而，在膜分离过程中容易产生严重的膜污染(有机物污染、无机物污染、生物污染)，导致膜阻力增大及膜通量下降进而导致出水水质恶化。需要加大曝气量、频繁清洗，这造成能耗的提高、膜寿命的下降，提高了水处理的成本。因此，膜污染现象，尤其是膜生物污染，是膜分离技术在饮用水及污、废水处理中广泛应用的主要障碍。

目前，膜处理技术中常用的膜材料为聚合物膜材料，聚偏氟乙烯(PVDF)因具有优良的化学稳定性、耐辐射性、耐热性和易成膜等特性，被制成超滤膜产品广泛应用于水处理领域。但由于其表面能低，制得的膜亲水性差，在水处理过程中易被水中的杂质污染，使膜水通量减小且不能恢复，导致在水处理运行过程中，聚偏氟乙烯超滤膜存在易污染、反冲洗和停机清洗时间较多等问题，极大的限制了其在水厂的推广和使用。已知可通过物理和化学手段来改善膜的抗污染性，目前改性方法主要可分为膜表面改性和膜材料改性两大类。共混超滤膜改性由于操作简便、效果好，既容易实现又经济实惠，一直是获得新型改性膜材料的常用方法。

半导体光催化技术是一种能有效处理环境污染以及水污染等问题的新兴技术手段，在光照条件下，水溶液体系中加入的半导体光催化剂吸收光能使得价带上的电子被激发到导带从而形成电子空穴对，可诱导产生高活性的基团(如羟基自由基·OH)，由此产生的基团具有极强的氧化性可以氧化有机物分子并降解有机污染物；由于其高效、节能、清洁、无毒等优势，半导体光催化降解污染物技术已成为环境领域研究的热点，且该技术对膜表面污染物可能有良好的降解效果。已有报导将紫外光催化剂(如TiO₂)通过共混改性引入PVDF铸膜体系，在紫外光的照射下，提高膜的光催化效率。然而这种紫外光催化剂改性的复合膜仅在紫外光的照射下具有较好的抗污染性能，而紫外光仅占太阳光谱的4％，其高耗能和高成本成为紫外光光催化剂在膜的共混改性应用中的主要问题。因此，可见光光催化材料成为近年来光催化领域研究的热点之一。在各种半导体材料中，硫化镉(CdS)由于其良好的可见光相应能力成为最受关注的可见光光催化材料之一。然而CdS易发生团聚和光腐蚀现象，从而限制了其广泛的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中复合光催化分离膜存在的缺陷和不足，而提供一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜及其制备方法与应用。通过采用新型可见光光催化剂CdS/MIL-101(Cr)替代紫外光光催化剂对PVDF膜进行共混改性，使制备的改性PVDF膜在可见光的照射下具有良好的抗污染和抗菌性能，从而以节能、环保、可持续的方式解决PVDF膜在水处理过程中的生物污染问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜，该超滤膜中，PVDF作为基体，CdS/MIL-101(Cr)光催化剂作为活性组分，所述的活性组分均匀分布于基体中。