多功能催化分離膜的制備及水處理應用研究.pdf

1、分類號分類號密級UDC編號碩士學位論文多功能催化分離膜多功能催化分離膜的制備及的制備及水處理水處理應用應用研究研究張奇（20132039）指導教師姓名王華專業(yè)名稱海洋生物學論文答辯日期2016年5月23日學位授予日期2016年6月摘要I摘要膜分離技術(shù)是一種應用廣泛的水處理技術(shù)。然而，在應用過程中出現(xiàn)膜污染現(xiàn)象，嚴重影響了其實際應用。光催化技術(shù)作為一種高級氧化技術(shù)，具有環(huán)境友好、運行成本低和水處理效率高等優(yōu)點，但卻存在著粉末態(tài)光催化劑回收

2、困難的問題。為了克服單一水處理技術(shù)存在的不足和缺陷，可以將膜分離技術(shù)與光催化技術(shù)耦合，制備出具有光催化功能的復合分離膜，利用光催化過程產(chǎn)生的活性自由基將水中的有機污染物徹底礦化分解，不但有利于提高膜處理單元的出水水質(zhì)，并且能夠有效地緩解膜污染。為此，本研究應用溶膠凝膠法和水熱合成法，以陶瓷中空纖維膜為載體，制備了光催化和膜分離一體化的TiO2復合陶瓷中空分離膜；應用陽極氧化法和電沉積技術(shù)，制備了gC3N4TiO2納米管陣列膜；應用熱沉積

3、技術(shù)制備了AuCNT催化還原膜。同時，對TiO2復合陶瓷中空分離膜、gC3N4TiO2納米管陣列膜和AuCNT催化還原膜在耦合工藝條件下的水處理性能進行了研究。本論文圍繞以上內(nèi)容，主要開展了以下幾個方面的工作：（1）應用溶膠凝膠法，通過調(diào)整前軀體聚合物和陶瓷粉的比例，制備了一種高通量的陶瓷中空纖維膜(7400L(m2h)(75kPa))，再將TiO2溶膠涂覆到中空纖維膜表面，制備了具有光催化性能的復合膜。光催化降解腐殖酸試驗中，與單獨膜

4、分離相比，紫外光照射60分鐘，膜通量提高了近3倍，對腐殖酸的去除率達到84%。（2）應用水熱合成法，以陶瓷中空纖維膜為載體，制備了TiO2納米纖維光催化復合膜。為了增加單位時間的處理效率，設(shè)計了一個TiO2納米纖維中空膜組件，并應用于水處理中。以腐殖酸為目標物的光催化實驗表明，紫外光照射60分鐘，TiO2納米纖維膜對腐殖酸的去除率達到90%；與不加紫外光相比，通量提高了3倍以上。（3）應用熱沉積技術(shù)，將Au納米顆粒負載到CNT中空纖維膜

5、上，制備了一種具有催化還原性能的復合膜，用于去除環(huán)境污染物對硝基苯酚。研究結(jié)果表明，Au納米顆粒和CNT的協(xié)同效應提高了對硝基苯酚的去除速率。同時，多次重復實驗表明，AuCNT中空纖維膜膜具有較高的穩(wěn)定性。（4）應用陽極氧化法，以Ti片為基體，制備了TiO2納米管陣列膜，并通過電沉積方法將gC3N4沉積于TiO2納米管內(nèi)，制備了gC3N4TiO2納米管陣列膜。研究結(jié)果表明，gC3N4TiO2納米管陣列膜內(nèi)gC3N4量子點的尺寸約為59n

6、m。這種復合結(jié)構(gòu)不僅表現(xiàn)出對可見光的吸收，也有利于光生載流子在TiO2陣列結(jié)構(gòu)上的矢量傳遞。在100mW?cm2的可見光照射下，gC3N4TiO2納米管陣列對RhB(3mgL)的去除率達到78%。（5）通過調(diào)整氨水的添加量來制備一種超疏水PVDF膜，用于脫鹽研究。當氨水添加量達到0.3mL時，PVDF膜的孔隙率為85%，水蒸氣通量為68kgm2h（70C），膜的水接觸角為141。相比于不添加氨水的PVDF中空纖維膜，脫鹽率提高了88%。