催化臭氧響應(yīng)膜制備及應(yīng)用研究.pdf

1、腐植酸（Humic Acids, HA）廣泛地分布在地表水中，因使水變成褐色，與金屬或有機(jī)物反應(yīng)生成復(fù)雜物質(zhì)，與活性氯反應(yīng)生成消毒副產(chǎn)物而得到廣泛關(guān)注，如何有效去除水中HA具有重要意義。膜分離技術(shù)在HA處理過程中的得到廣泛關(guān)注，然而膜污染問題是制約該技術(shù)發(fā)展的瓶頸。催化臭氧化技術(shù)可有效降解水中有機(jī)物，但催化降解過程中存在著催化劑流失和回收等問題。通過將具有催化臭氧能力強(qiáng)的催化劑負(fù)載到膜上，制備出催化臭氧化響應(yīng)膜，依靠膜分離與催化臭氧化技

2、術(shù)耦合來提高膜分離效率，并解決催化劑流失、回收以及膜污染的問題。
　　本研究開發(fā)了一種具有高催化活性的催化臭氧響應(yīng)膜，并將其與催化臭氧化技術(shù)耦合來處理HA，研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）采用溶膠-凝膠法制備納米 TiO2，用響應(yīng)面法優(yōu)化納米 TiO2催化臭氧降解 HA的最佳實(shí)驗(yàn)條件，得到的最佳實(shí)驗(yàn)條件為：煅燒溫度為565℃，TiO2投加量為0.31 g/L，臭氧濃度為16.75 mg/L，溶液pH為6.91；此條件下HA的

3、去除率為87.15％。
　?。?）采用溶膠-凝膠法制備出不同 Ti-Ce復(fù)合物（摻雜 Ti/Ce摩爾比為0.2-1.0）。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，通過考察催化臭氧氧化 HA的活性，篩選出最佳的Ti/Ce摻雜比為1/0.8；通過比較單獨(dú)臭氧氧化、TiO2催化臭氧化、Ti-Ce（1/0.8）復(fù)合物催化臭氧化中臭氧利用率、表觀分子量分布，發(fā)現(xiàn)Ti-Ce（1/0.8）復(fù)合物催化臭氧化中臭氧的利用率最高，達(dá)到62%，并且其催化降解HA和中間產(chǎn)物的

4、效果最好，表明 Ti-Ce（1/0.8）復(fù)合物具有高的催化活性；在催化臭氧降解 HA過程中，通過研究均相和異相反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)表明：均相和異相反應(yīng)的速率分別為0.054 min-1及0.066 g·L-1·min-1；此外，異相反應(yīng)對(duì)污染物去除貢獻(xiàn)率在所有pH下均小于50%，說明催化降解HA的反應(yīng)主要發(fā)生在本體溶液中。
　　（3）采用共混法制備了不同含量Ti-Ce（1/0.8）復(fù)合物的催化膜，通過SEM表明Ti-Ce復(fù)合物成功共混于催

5、化膜，Ti-Ce（1/0.8）復(fù)合物添加量為2%時(shí)，催化膜的孔隙率和平均孔徑均增大；Ti-Ce（1/0.8）復(fù)合物的添加影響著膜的親疏水性、純水通量、截留率、平均孔徑及孔隙率；通過接觸角測(cè)定表明：Ti-C e復(fù)合物添加量為2%時(shí)，催化臭氧化膜的接觸角降低的最為明顯，繼續(xù)增加復(fù)合物添加量沒有引起接觸角顯著降低；通過與PVDF純膜、1%Ti-Ce（1/0.8）/PVDF膜和3% Ti-Ce（1/0.8）/PVDF膜相比，2% Ti-Ce（1

6、/0.8）/PVDF膜的純水通量增加最明顯，達(dá)到32.61 L·m-2·h-1，但其截留率有所降低。
　　（4）對(duì)催化臭氧響應(yīng)膜處理HA的研究表明：催化臭氧化響應(yīng)膜對(duì)HA和溶液TOC的去除率大小順序?yàn)椋?%Ti-Ce（1/0.8）/PVDF膜+O3>3%Ti-Ce（1/0.8）/PVDF膜+O3>1%Ti-Ce（1/0.8）/PVDF膜+O3> PVDF膜+O3。PVDF膜的通量衰減最嚴(yán)重，為初始值的31%，2%Ti-Ce（1/0