光催化复合膜及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种光催化复合膜，包括基底滤膜和光催化功能层，其中所述基底滤膜为孔径0.1

【技术实现步骤摘要】
光催化复合膜及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及一种可见光催化复合膜、其制备方法，以及其在可见光条件下用于去除废水中有机污染物和重金属离子的用途。

技术介绍

[0002]由于经济发展早期不注重生态保护和生态修复，造成水生态和生态环境遭受极大污染和破坏，全国大部分地表和地下水资源遭到不同程度的污染。各种医药废水和染料废水中含有大量的有机污染物，以及各种重金属废水中含有大量的无机重金属离子，对生物体具有很大危害，如何有效去除各种有机污染物和重金属离子是水处理过程中的重要问题。
[0003]膜技术通过物理阻断、吸附、保留分离等多种机制可以高效地去除各种痕量危害污染物，同时具有绿色高效、无污染的优点，在各种分离相关的工业过程中具有巨大的潜力。但在长期使用中，由于在膜表面或膜孔内吸附污染物，污垢的累积导致不可逆的污染，从而导致通量急剧下降，频繁清洗使膜寿命缩短。并且，膜再生所需的额外能量和化学物质以及额外的处理工艺增加了总运行成本，一定程度上限制了其实际应用。因此，人们进行各种研究来提高膜的防污性能。
[0004]光催化法通过化学氧化还原过程可以有效和经济地消除污染物和细菌。如今，人们已尝试采用表面包覆法和共混法制备光催化膜，以解决膜污染和粉末光催化剂难以回收利用的问题。其中，表面包覆法是将光催化剂负载在膜表面，光催化剂可以和污染物充分接触，并且与共混法相比，对原始膜的结构不会产生影响，是制备光催化膜的理想方法。但是，对于这类膜，保证活性功能层的有效性和光催化剂的稳定负载是需要解决的重要的问题。
[0005]CN113000071A公开了一种多孔可见光光催化ZnFe2O4‑
TiO2/PVDF复合膜的制备及再生方法。其中通过溶胶凝胶法得到孔隙丰富的ZnFe2O4‑
TiO2/PVDF膜材料，染料废水污染物能够进入膜内部，接触膜内部的光催化剂，从而能够增大光催化复合膜的表面积，且光照能够很好的照射进入孔洞内。但光催化剂的混入会使PVDF膜的机械强度降低，稳定性下降。
[0006]CN112756001A公开了一种具有光热功能可漂浮光催化膜的制备，是以纳米球状硫化铋为基础，在其表面生长纳米硫化银，制成核壳形状的光催化剂；再对碳布进行表面清理，通过超声的方式将光催化剂负载在碳布表面。但是，仅通过超声的方式，催化剂与碳布的结合并不稳定，会造成粉末光催化剂的流失，形成二次污染。
[0007]针对现有技术的问题，本专利技术公开了一种光催化复合膜，其具有海藻酸钠在微滤膜上与氯化钙交联形成的透明凝胶层，从而将光催化剂稳定地负载在膜表面，有利于保持其光催化剂的光催化活性，有效解决了膜污染以及粉末光催化剂难以回收利用的问题，实现了对废水中有机污染物和重金属离子的高效去除。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种光催化复合膜，其中光催化剂嵌入透明的海藻酸钙凝
胶层，实现了其稳定负载并保持了原有的光催化活性；并且，海藻酸钠凝胶层透光性好，可以提高光的利用率，增强光催化效果，从而实现水中有机污染物和重金属离子的高效去除废。
[0009]本专利技术的具体技术方案如下：
[0010]一种光催化复合膜，包括基底滤膜和光催化功能层，其中所述基底滤膜的孔径为0.001
‑
5微米；所述光催化功能层为含有光催化剂的海藻酸钙凝胶层，光催化功能层厚度为5
‑
500纳米，光催化层中光催化剂粒径为10
‑
400纳米。
[0011]所述基底滤膜材料为聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺(PA)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、磺化聚醚砜(SPES)、磺化聚砜(SPS)和纤维素(CNF)中的一种或多种。
[0012]所述光催化剂材料为含有二氧化钛、氮化碳、钨酸铋、溴氧化铋、氧化锌、钒酸铋、二硫化钼、硫化镉、钼酸铋、氧化钨、金属有机框架化合物、共价有机框架化合物中的单组分光催化剂和异质结光催化剂中的一种或多种。
[0013]本专利技术进一步涉及所述光催化复合膜的制备方法，包含如下步骤：
[0014](1)将一定量海藻酸钠和光催化剂分散在去离子水中，经搅拌、超声处理后，得到均匀的分散液；
[0015](2)将步骤(1)的分散液真空抽滤在滤膜上，并将水分抽干；
[0016](3)将步骤(2)的滤膜取下，进行干燥；
[0017](4)将步骤(3)的滤膜浸泡在氯化钙溶液中进行交联，然后将交联后的滤膜用去离子水冲洗，之后经过干燥，得到光催化剂嵌入海藻酸钙凝胶层的光催化复合膜。
[0018]步骤(1)中，所述海藻酸钠质量为2.5
‑
40mg，光催化剂质量为2.5
‑
40mg，去离子水体积为5
‑
20mL；所述搅拌时间为20
‑
60分钟，转速为200
‑
800转/分钟磁力搅拌；所述超声功率为100
‑
1000W，超声频率为10
‑
50kHz，超声时间为10
‑
30分钟。
[0019]步骤(2)中，所述真空抽滤的压力值为
‑
0.1bar。
[0020]步骤(3)中，所述干燥方式可以为鼓风干燥或真空干燥；干燥温度50℃
‑
80℃，干燥时长10
‑
240分钟。
[0021]步骤(4)中，所述氯化钙溶液浓度为0.1
‑
5mol/L，氯化钙溶液体积为5
‑
20mL；所述干燥方式可以为鼓风干燥或真空干燥；所述干燥温度为50℃
‑
80℃，干燥时长为6
‑
12小时。
[0022]本专利技术进一步涉及本专利技术的所述光催化复合膜用于去除废水中有机污染物和重金属离子的用途，例如，用于雌二醇、雌酮和双酚A等内分泌干扰物的去除，甲基橙、罗丹明B和甲基蓝等染料的去除，以及六价铬离子和六价铀离子等重金属离子的去除。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024](1)本专利技术的光催化复合膜通过光催化剂嵌入海藻酸钙凝胶层修饰滤膜制备，其中可见光响应的光催化剂嵌入海藻酸钙凝胶层修饰滤膜，透明的海藻酸钙凝胶层将光催化剂稳定地负载于滤膜表面，能够提高光催化剂对光的利用，保持其原有的光催化活性。有效解决了膜污染及粉末光催化剂难以回收利用的问题，同时，能够实现对废水中有机污染物和重金属离子的高效去除，例如，对浓度为3mg/L的雌二醇水溶液，在可见光下240分钟光催化效率即达到99.5％；对浓度为10mg/L的罗丹明B溶液，在可见光下150分钟光催化效率即达到100％。
[0025](2)本专利技术的光催化复合膜原料来源广泛且价格低廉，制备方法简单，可操作性强，便于进一步大规模工业生产，在环境净化和污水处理中具有很好的应用前景。
附图说明
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化复合膜，包括基底滤膜和光催化功能层，其中所述基底滤膜的孔径为0.001
‑
5微米；所述光催化功能层为含有光催化剂的海藻酸钙凝胶层，光催化功能层厚度为5
‑
500纳米，光催化层中光催化剂粒径为10
‑
400纳米。2.根据权利要求1所述的光催化复合膜，其中所述基底滤膜材料选自聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯、磺化聚醚砜、磺化聚砜和纤维素中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的光催化复合膜，其中所述光催化剂为含有二氧化钛、氮化碳、钨酸铋、溴氧化铋、氧化锌、钒酸铋、二硫化钼、硫化镉、钼酸铋、氧化钨、金属有机框架化合物、共价有机框架化合物中的单组分光催化剂和异质结光催化剂中的一种或多种。4.根据前述权利要求1
‑
3任一项所述的光催化复合膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将一定量的海藻酸钠和光催化剂分散在去离子水中，经搅拌、超声混合处理后，得到均匀的分散液；(2)将步骤(1)的分散液真空抽滤在滤膜上，并将水分抽干；(3)将步骤(2)的滤膜取下，进行干燥；(4)将步骤(3)的滤膜浸泡在氯化钙溶液中进行交联，然后将交联后的滤膜用去离子水冲洗，之后经过干燥，得到光催化剂嵌入海藻酸钙凝胶层的光催化复合膜。5.根据权利要求4所述的制备方法，其中在步骤(1)中，所述海藻酸钠质量为2.5
‑
40mg，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李望良，李艳香，庆雅诗，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：