[发明专利]一种载体型二氧化钛超滤膜、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于环境污染治理技术领域，涉及一种涂覆于陶瓷膜支撑体表面的载体型二氧化钛超滤膜，其制备方法及其在负载催化剂，具体的在光催化、催化臭氧化、催化双氧水氧化、催化湿式氧化等领域中的应用。

背景技术

陶瓷膜主要是由Al₂O₃，TiO₂，ZrO₂等材料经高温煅烧制备而成的，由于其固有的耐高温高压、耐酸碱腐蚀、耐氧化、机械强度高等特点，被广泛认同可能在苛刻条件下的催化技术、水处理技术中得到广泛的应用。然而传统方法制备的非对称陶瓷膜，只能够提供一个分离或者反应界面，其催化剂负载量较小，而占陶瓷膜大部分体积的支撑层、过渡层仅仅起到提供机械强度的作用，并没有为反应的进程提供丝毫的帮助。经检索发现，麻省理工学院Paula T.Hammond教授的研究小组曾在Natural Material的2009年48期上撰文阐述了层层喷涂法(Layer-By-Layer Spinning Method)在尼龙66的纤维膜上涂覆催化剂涂层，实现有机膜的整体功能化，但是以陶瓷膜为对象的整体功能化的研究仅有一篇文献涉及，在其工作中，将活性氧化铝负载于大孔支撑层上，操作过程中采用先反应后分离的方式使用，但是这种陶瓷膜在使用过程中可能出现由于胶体颗粒在膜中堆积形成不可恢复的膜污染，不利于陶瓷膜的实际应用。

发明内容

本发明以传统的陶瓷膜作为支撑体，利用了二氧化钛颗粒在高温下的自生长作用，通过在800～1200℃下煅烧，在陶瓷膜支撑体表面形成二氧化钛纳米棒交织成的具有高通量、高曲折度的二氧化钛超滤膜层，有效增加了膜层的曲折度和松散度，在保证原有陶瓷膜的截留能力的基础上，为催化剂的负载提供了足够的空间，不仅能够增加催化剂的负载量，提高反应速率和有机污染物去除效率，同时能够改善膜应用过程中的膜污染现象，提高膜通量，实现陶瓷膜的最优化运行。最终实现了陶瓷膜的整体功能化，即实现了陶瓷膜整体负载多种催化剂并应用于光催化、催化臭氧化、催化双氧水氧化、催化湿式氧化等领域中。

本发明通过下述技术方案实现：

a.将陶瓷膜支撑体分别在乙醚、甲醇、水中超声清洗、干燥、煅烧后备用；

本发明所述的陶瓷膜支撑体是指现有技术中最常使用的传统陶瓷膜支撑体，具体的，其陶瓷膜材料主要以三氧化二铝为主体，孔径为2μm以下，孔隙率至少达到35％，这种陶瓷膜支撑体更利于实现本专利中所提及的载体型二氧化钛超滤膜的制备。

b.分别将有机添加剂和粒径为100～200nm的二氧化钛加入水中搅拌、超声后制得混合物；

其中，有机添加剂与水的比例为0.2～1.5wt％，二氧化钛与水的比例为8～20wt％；所述有机添加剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种；

c.将步骤(b)所制得的混合物涂覆于步骤(a)所制得的陶瓷膜支撑体上，涂膜层厚度为10～50μm，再经干燥，煅烧成形。

具体的，上述的制备方法中，步骤(a)所述的超声清洗时间为15min，煅烧条件为200～300℃下煅烧2～4h。

具体的，上述的制备方法中，步骤(b)所述有机添加剂为聚乙烯醇。

具体的，上述的制备方法中，步骤(c)所述的涂覆方法为浸渍提拉涂膜法、旋转涂膜法、离心涂膜法、喷涂法中的一种。

具体的，上述的制备方法中，步骤(c)所述的干燥温度为50～120℃，干燥时间为12～24h。

具体的，上述的制备方法中，步骤(c)所述的煅烧温度为800～1200℃，煅烧时间为1～4h。

具体的，上述的制备方法中，步骤(b)所述二氧化钛经球磨法制得。

本发明的另一方面在于：根据上述的方法制备的二氧化钛超滤膜，其膜层厚度为10～50μm。

本发明的另一方面在于：上述二氧化钛超滤膜在负载催化剂中的应用。

上述的应用，具体指在光催化、催化臭氧化、催化双氧水氧化、催化湿式氧化领域中的应用。

上述的应用，其具体步骤如下：

(e)制备催化剂前驱体；

(f)将步骤(e)所述的催化剂前躯体负载于本发明所制备的二氧化钛超滤膜上，其中，负载方法为浸渍提拉涂膜法、旋转涂膜法、离心涂膜法、喷涂法中的一种；

(g)煅烧。

本发明的上述技术方案，存在多种技术启示，其可替换方案的理论依据有：