基于原子層沉積微濾膜表面光催化改性及膜污染特性研究.pdf

1、膜法水處理技術(shù)以其優(yōu)越的性能，被應(yīng)用于水處理各領(lǐng)域，是我國水質(zhì)高效處理的主導(dǎo)技術(shù)。然而，膜污染阻礙了膜法水處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。膜光催化改性將膜材料與光催化劑結(jié)合，通過光催化降解實(shí)現(xiàn)膜污染的有效控制。本課題利用原子層沉積（ALD）實(shí)現(xiàn)膜光催化改性，通過沉積過程精確可控、沉積物質(zhì)均勻穩(wěn)定的特點(diǎn)獲得光催化效能優(yōu)越、抗污染性能顯著的改性膜。
　　本課題以PVDF微濾膜和ZnO分別作為改性基質(zhì)和光催化劑，通過參數(shù)調(diào)控實(shí)現(xiàn)膜光催化改性過程的

2、優(yōu)化控制；表征ZnO-ALD光催化改性膜性能特征，明確ZnO-ALD光催化改性關(guān)鍵的技術(shù)優(yōu)勢；分析ZnO-ALD光催化改性微濾膜對(duì)污染物靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)截留的影響，明確改性膜延緩膜污染機(jī)制。
　　考察堿溶液預(yù)處理時(shí)間、沉積腔體溫度、沉積循環(huán)次數(shù)及脈沖等待時(shí)間等ZnO-ALD改性過程關(guān)鍵參數(shù)對(duì)膜材料的沉積層質(zhì)量及結(jié)合穩(wěn)定性、親疏水性能、水通量、抗污染吸附能力和光催化效能的影響，優(yōu)化ALD光催化膜改性過程。研究發(fā)現(xiàn)堿溶液預(yù)處理120mi

3、n、ALD沉積腔體溫度100℃、ALD沉積循環(huán)250次、ALD脈沖等待5s為最優(yōu)ZnO-ALD光催化改性條件，以此為基礎(chǔ)對(duì)光催化改性膜的功能特性進(jìn)行綜合測試，以明確關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢。結(jié)果表明，PVDF微濾膜經(jīng)過改性后表面形成超薄纖鋅礦型的ZnO晶體，其中Zn元素均為二價(jià)鋅離子，O元素主要由纖鋅礦晶格中O2-組成；改性后孔隙率下降5.3％，但膜截留能力提高、表面粗糙程度下降；經(jīng)ZnO-ALD光催化改性后微濾膜穩(wěn)定性能得到顯著提升，其中抗拉伸強(qiáng)

4、度、斷裂伸長率、熱分解溫度大幅度提高，膜通量衰減程度明顯降低。ZnO-ALD光催化改性微濾膜對(duì)太陽模擬光源氙燈具有良好的光響應(yīng)特性，表現(xiàn)出優(yōu)越的光催化降解效能。在紫外條件下研究改性膜對(duì)不同濃度MB溶液的光催化降解效能，發(fā)現(xiàn)輻照100min后的降解率均大于90%。在紫外燈、白熾燈和氙燈三種光源條件下研究改性微濾膜對(duì)5mg/L濃度MB溶液的光催化降解效能，發(fā)現(xiàn)輻照60min后的降解率分別為82.5%、19.0%和97.3%。
　　探究

5、ZnO-ALD光催化改性微濾膜對(duì)污染物靜態(tài)吸附特性和膜面泥餅層組分特性的影響，明確改性膜抗污染控制機(jī)制。結(jié)果表明：ZnO-ALD光催化改性降低了微濾膜對(duì)EPS多糖、蛋白質(zhì)等關(guān)鍵污染物的吸附能力，并通過改善微濾膜污染前后過濾阻力降低膜污染后通量衰減狀況；同時(shí)ZnO-ALD沉積層減少了膜面泥餅層積累量，減緩了SMP和EPS的吸附截留能力，降低了大分子有機(jī)物在泥餅層中的積累。其中ZnO-ALD沉積層的親水性可有效減少疏水性有機(jī)大分子污染物在泥