光催化分离膜的改性

分离膜的光催化改性

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摘要:膜技术作为水处理中的一种高效分离工艺，近年来备受关注，然而膜分离过程中发生的膜污染现象是制约该工艺发展的瓶颈。具有催化降解有机物及分离功能的催化分离膜的开发备受关注，依靠催化膜与光催化可同时实现水中污染的去除及减缓膜污染的目的。本文首先介绍了目前应用于催化分离膜制备过程中的催化剂和载体膜，然后论述了催化分离膜的制备主要方法，包括共混法、浸渍法、层层组装法、接枝法等进行论述。

1.引言

随着水污染问题的日趋严峻，膜分离技术在水资源利用和环境保护方面的作用“举足轻重”已成为国内外学术界的广泛共识［1］。膜分离技术的共同优点是能耗低、分离效率高、操作方便、过程简单、无污染，因而该工艺的研究与应用得到了广泛关注［2］。但膜污染却成为阻碍膜法水处理技术发展的关键性问题，如何有效抑制膜污染的发生关系着膜法水处理技术未来发展的前景，目前已成为众多学者开展研究的核

心方向。新近研究发现，催化分离膜在具有膜分离功能的同时还兼备催化活性，有望解决膜分离过程中发生的膜污染行为，同时强化污染物去除效率。

随着TiO2、ZnO 、石墨烯等纳米光催化材料被广泛应用于水处理领域中，实现在光照条件下有效降解天然有机物（NOM）、染料等各种水体污染物；同时，Lee等［3］学者发现光催化作用能够有效减缓膜过滤过程中膜污染的发生，延长膜材料的使用寿命。将膜材料的过滤截留作用与纳米材料的光催化作用相结合，成为众多国内外学者的研究方向。2.改性方法

2.1共混法

共混法是制备催化分离膜最常用的方法，这种方法是利用搅拌或加热熔融的方法将催化剂颗粒或催化剂溶胶液与铸膜液均匀混合来制备出催化分离膜［4］。

Yang等［5］通过将纳米尺寸的TiO2颗粒均匀分散于w=18% 聚砜铸膜液中，并通过相转化技术制备出聚砜/TiO 2 有机-无机复合超滤膜。实验表明，当TiO2质量分数为w=2% 时，复合光催化膜具有最佳的膜清水通量、亲水性、机械强度和抗膜污染性能。通过DSC和XRD分析表明，TiO2纳米颗粒和聚合物之间发生了化学反应。

2.2浸渍法

浸渍法是将基膜浸在已经制备好的催化剂溶胶溶液中，

通过渗透作用使催化剂组分进入载体膜内部，经物理或化学吸附作用后，再通过焙烧等后续处理手段制备催化膜的过程［6］。

Zhu等［7］选用纳米棒组装TiO2/Al 2O3复合膜为载体膜，将其浸渍在Ti-Mn复合催化剂溶胶中，以解决催化剂流失问题;制备过程中通过浸渍提拉，使得Ti-Mn复合催化剂渗入陶瓷膜支撑体内部，强化了催化剂的负载量，提高了复合膜截留能力及膜通量，解决了催化剂脱落问题。

3.3层层自组装

层层组装技术是基于物质之间的相互作用力，如氢键、静电引力、配位键等，通过物质的交替沉积而自发形成结构有序的功能膜的方法［8］。

Li等［9］利用纳米TiO2中Ti4+与-COOH中两个氧原子键合，或与羟基间形成氢键，在复合膜上制备了新型纳米TiO2粒子自组装膜。张万友等［10］利用纳米TiO2中Ti4+与聚丙烯酸中的-COOH之间形成氢键或弱的静电引力等，将纳米TiO2组装在PVDF膜上，依靠TiO2表面原子周围具有不饱和性，强化催化膜的吸附性能。

3.4接枝法

接枝法是通过膜材料表面的基团与被接枝的催化剂前驱体发生化学反应，来实现表面接枝。Zhang等［11］用Al2O3滤膜为基膜，TiF4为浸渍液，通过氨水调节pH值、控制接枝

时间等手段，在Al2O3滤膜孔道内接枝TiO2制得孔径均一、孔结构有序、孔隙率大的TiO 2纳米管复合膜。

4.结语

膜法水处理技术作为一种新型的水处理技术，已经取得了巨大的进展，但膜污染问题却成为限制其发展的关键问题。通过改变已有高分子有机膜本体或表面特性，赋予其新的功能特性，成为了推动膜法水处理更广泛应用的重要方向。目前针对有机高分子膜多采用亲水改性以提高其性能，对其进行光催化改性的探索较少，且都停留在实验室阶段。今后膜改性技术发展的关键方向，仍将是进行新型改性技术方法的研究，用以开发出性能更加优越的改性膜材料。除此以外，探索如何利用膜改性技术将高效光催化材料同高分子有机膜进行有机结合，也将成为膜改性研究领域的重要方向。

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