[发明专利]纳米光催化材料支撑的嵌入型复合膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及膜技术和水处理领域，尤其涉及一种纳米光催化材料支撑的嵌入型复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜技术被认为是21世纪最有发展前途的高科技之一，是解决水资源匮乏和水污染日益严重的核心技术。膜技术因其分离效率高、工艺简单、能耗低、不需额外添加药剂、运行可靠、设备紧凑、产品水质高、便于与其它技术集成等突出优点，近年来在水处理界受到广泛青睐和应用。然而，在膜技术应用过程中，膜污染会导致膜通量下降和使用寿命缩短，这是困扰和制约膜技术应用的主要瓶颈之一。另外，从原理上看，膜技术只是将污染物浓缩，并不能从根本上消除污染物。TiO₂等纳米光催化氧化技术是根据纳米光催化材料在特定光源的照射下可逐步将有机物氧化最终生成CO₂和H₂O等无机小分子的机理，能够大大降低甚至消除有机污染物对环境的危害。但是，纳米光催化技术在实际应用中存在纳米颗粒分离回收困难、重复利用率低、且排出液容易造成二次污染。膜分离和光催化工艺作为两种新型的水处理技术，都有着其不可替代的优势，同时两种技术又都存在各自的弊端。

光催化复合分离膜是近年来出现的一种新型膜，它可以同时具有光催化和膜分离的优势，避免了光催化剂的分离回收问题，降低了膜分离中的膜污染问题，有机污染物能够被降解从而大大减少浓缩液中有机污染物。纳米光催化复合分离膜可以分为表面负载型光催化复合分离膜和嵌入型光催化复合分离膜。嵌入式分离膜是指在膜的制备过程中加入TiO₂等光催化剂或者其前驱体，从而在膜内部嵌入纳米光催化剂。中国专利ZL201310047570.1(授权日：2014.5.21)公开了一种对水中嗅味物质去除的方法，就是采用这种嵌入式纳米光催化复合膜，在实现了对水中嗅味物质有效去除的同时，减轻了膜分离过程中的膜污染问题。然而，对于嵌入式光催化超滤膜，由于光催化剂分布于膜的内部，这使得光催化效率有所降低，对膜的亲水性的提高也非常有限。表面负载型光催化复合分离膜是指利用各种技术和方法将TiO₂等光催化剂负载在膜表面。表面负载型光催化复合分离膜对膜的亲水性提高明显，抗污染性能提高显著，同时能提高膜表面光催化效率，提高对污染物的去除率。目前，表面负载型光催化复合分离膜的负载方法多采用浸渍法，或简易的过滤法和直接喷洒法。如何使TiO₂等光催化剂均匀、有效、稳定和牢固地负载在膜表面负载上是个技术难点。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利CN102489172B(授权日：2014.03.12)描述了一种载体型二氧化钛超滤膜的制备及其在负载催化剂中的应用，其发明是以陶瓷膜为支撑体，利用二氧化钛在高温下的自生长现象，通过煅烧，在陶瓷膜表面形成二氧化钛层。肖羽堂，许双双，杜勇超和Fu Q.Shiang在《无机材料学报》2011年4月第26卷第4期337-346发表了题为《新型TiO₂光催化复合分离膜研究进展》。这篇文章详细论述了光催化复合分离膜的作用机理和类型，并重点评述了目前复合膜的各类制备方法。但在这些新方法中并未见有纳米光催化材料支撑的嵌入型复合膜类型的报道，更不涉及其制备方法和应用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的纳米光催化材料支撑的嵌入型复合膜的制备方法及其在水处理领域中的应用，以提高对污染物的去除，减少浓缩废液的处置量，进一步降低膜污染。

为实现上述目的，本发明提供了一种纳米光催化材料支撑的嵌入型复合膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将有机高分子基膜材料、致孔剂和纳米催化剂溶于溶剂中，经过搅拌、静置后制成铸膜液；

(2)将纳米光催化剂分散在溶剂中得到分散液，然后将所述分散液平铺于板上，从而制成平铺液，所述平铺液干燥后得到平铺膜；

(3)将所述铸膜液覆盖在所述平铺膜上，并利用刮膜刀刮出液膜，将刮出的所述液膜浸入恒温凝胶浴中，所述液膜固化后制得纳米光催化材料支撑的嵌入型复合膜。

进一步地，所述纳米催化剂为具有纳米颗粒、纳米线、纳米管或纳米棒形态的无机纳米材料；所述有机高分子基膜材料为聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚砜和聚酰胺基膜材料中的一种或多种；所述致孔剂为聚乙醇、聚乙烯基吡咯烷酮、氯化锂、氯化镁、氟化锂、溴化锂中的一种或多种。

进一步地，步骤(1)中的所述搅拌是指在40-80℃下搅拌12-48h；所述静置是指在40-80℃下静置12-48h小时。