[发明专利]一种用于净化水的仿生光催化膜分离组件

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料和水处理与净化领域。涉及到利用仿生原理，将含有光 催化剂的膜片制成具有叶片、植株形貌和结构仿生特点的、新的催化分离复合 膜及净水膜组件。具体涉及到利用叶片和植株的形貌作为膜组件设计原则，使 膜组件具有合理的空间布局，一方面具有高效利用光能的特点，另一方面具有 利用水流气流扰动，来减少水中污染物在膜表面沉积污染的特点。该组件的膜 分离功能与光催化功能组合，具有双重净水功能。

背景技术

我国是一个缺水的国家，社会的可持续发展、生态和人群的健康与安全，有赖 于水的处理和净化技术。水的净化可采用多种方法，包括光催化、过滤、沉 淀、絮凝、膜分离等。

用光催化方法净化水近来得到了广泛研究，一方面扩展了光的利用范围，使利 用可见光、日光进行光催化成为可能；然而如何充分利用自然光照，将表面负 载催化剂的膜材料进行有效空间布置是一个问题，尚没有得到研究。另一方 面，为了回收光催化剂，各种固定、负载方法被用来固定光催化剂。负载材料 包括沸石、活性炭、金属板等。这些载体不一定具有膜的特点和分离功能；如 果把光催化剂负载在膜材料上，比如金属膜、陶瓷膜、有机膜，就把膜的分离 作用和光催化作用进行了叠加和复合，是具有优势的技术。它不仅可以截留大 的颗粒物或者大分子，胶体等，同时也可以光催化氧化吸附的污染物（HM  Zhang,XieQUAN,Shuo Chen,HM.Zhao,、Env.Sci.Tech.2006，40，6104-6109）。 又如Liu LF等人把光催化剂和吸附材料负载在滤布上，制备了具有过滤分离和 催化再生性能的柔性的吸附、催化和膜分离材料。催化剂和吸附剂的组成分别

Lifen Liu,Chen Fang,Fenglin Yang, Stable photocatalytic activity of immobilized Fe0/TiO2/ACF on composite  membrane in degradation of2,4-dichlorophenol,Separation and purification  technology,online Sept16,doi2009.10.106/iseppur），或者利用表面改性负载Ｐ ＶＡ使膜材料更亲水、抗污染，同时利用一种高分子吸附材料和光催化剂成 分，使膜具有吸附污染物和光催化降解污染物的功能（Lifen LIU,Lu,Xiao; Fenglin Yang，Terylene membrane modification with Polyrotaxanes,TiO2and  Polyvinyl alcohol for better antifouling and adsorption property,Journal of membrane  science,2009Feb.doi10.1016/j.memsci.2009.02.005）。也可以利用壳聚糖作为提 高膜亲水性的组分，与吸附和催化成分共同负载在一种过滤膜材料表面，使膜 具有过滤分离、吸附和光催化再生性能（Lifen Liu,Yu Du,Penghui Zhang, Fenglin Yang,Regenerative adsorptive membrane for removing micropollutant  EDCs from water,Advanced membrane technology IV,membrane for clean and  sustainable processes,June7-122009,Trondheim Norway,Engineering Conference  International(ECI)，有如碳纳米管复合二氧化钛的分离膜同样具有吸附和光催 化降解污染物的性质（柳丽芬,郑国华,杨凤林.MWNTs/TiO2/聚酯复合膜及其吸 附性能.中国环境科学,2009）。

光催化膜尚有这样一些问题。

（1）污染物会在膜表面沉积吸附，形成污染，妨碍光催化剂发生作用；光催化 剂表面一旦被沉积物遮挡，就得不到光照，丧失催化活性。平板膜过滤会导致 水中的较大的分子和污染物沉积吸附在膜表面，不利于光催化剂发挥作用。光 催化剂虽然具有自清洁功能，但是氧化污染物的速度，一般没有大的颗粒物等 沉积的速度快，水中净化需要将降低颗粒物的浓度，采取比如粗过滤沉淀絮凝 等操作。虽然也可以采用曝气方式，降低膜污染，平板结构一般比较僵硬，不