[发明专利]一种Cu/Fe-HT-CM类水滑石催化膜、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种Cu/Fe‑HT‑CM类水滑石催化膜，包括：陶瓷膜为载体，将硝酸铜、硝酸铁、硝酸镁以及硝酸铝等低廉材料作为前驱体合成高催化活性类水滑石，并修饰在陶瓷膜表面形成类水滑石膜催化剂。本发明提供的Cu/Fe‑HT‑CM类水滑石催化膜表面不仅能实现催化臭氧产生高氧化能力的羟基自由基，有机物可通过直接与臭氧分子反应，或和臭氧分解产生的·OH反应，实现难降解有机污染物的高效去除；同时催化膜截留作用也可以辅助实现强化臭氧氧化难降解有机物。并且，膜表面的催化臭氧氧化反应还可以有效抑制膜污染形成。

技术领域

本发明属于污水深度处理技术领域，具体涉及一种Cu/Fe-HT-CM类水滑石催化膜、制备方法及应用。

背景技术

随着工农业的快速发展以及城镇化进程的加速，这导致我国水资源表现出越来越短缺的现状，同时污水的排放总量以及其中污染物复杂程度均日益严重。不仅限制了产业的发展，同时也严重制约了人们对健康水源的追求。因此，为了达到一定的回用水标准使污水作为水资源回用于生产或生活的进一步水处理过程。针对污水(废水)的原水水质和处理后的COD、难降解有机物、内分泌干扰物等要求采用深度处理工艺。深度处理的方法有：混凝沉淀法、微电解法、活性炭法、湿式氧化法、催化氧化法以及膜分离等物理化学方法。其中，催化臭氧氧化技术，利用臭氧的高级氧化强氧化性，通过催化剂将臭氧转化为氧化性更强而选择性低的羟基自由基，可将那些难以用臭氧单独氧化或降解的有机物氧化的方法。鉴于催化臭氧氧化法对于难降解有机物的高效去除效果，同时无二次污染等优势，目前此技术已广泛应用于污水的深度处理中。但同时，它还存在着一定的局限性，一是在深度处理阶段，难降解有机物的浓度较低，臭氧与污染物之间的反应速率不高，加上臭氧较高的发生成本，导致臭氧处理的费用较高；二是催化臭氧氧化有机物过程中会产生小的悬浮物，从而影响后续工艺处理效率。

陶瓷膜(ceramic membrane)是以无机陶瓷材料(主要由Al₂O₃，ZrO₂，TiO₂和SiO₂等)经特殊工艺制备而形成的非对称膜。凭借其分离效率高、化学性质稳定和能耗低等优点，在水处理工艺中得到了广泛应用。然而，在膜过滤过程中存在膜污染现象。水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子沉积在膜表面或堵塞膜孔，从而导致膜通量和产水水质下降。膜污染是抑制膜应用拓展的重要因素，污染的形成不仅影响膜的稳定运行，同时也导致膜寿命相比设计值大幅缩短。因此，必须采取合适的措施减缓膜污染造成的不良影响。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种Cu/Fe-HT-CM类水滑石催化膜、制备方法、应用装置及应用方法。

本发明提供的一种技术方案为：一种Cu/Fe-HT-CM类水滑石催化膜，所述Cu/Fe-HT-CM类水滑石催化膜以陶瓷膜为载体，将具有臭氧催化活性组分的Cu、Fe金属离子混合后作为双层结构的Cu/Fe-HT型类水滑石催化剂前驱体，再以水热合成法将Cu/Fe-HT类水滑石负载于陶瓷膜表面；所述Cu/Fe-HT-CM类水滑石催化膜主要由硝酸铜、硝酸铁、硝酸镁以及硝酸铝的混合盐溶液A、尿素碱溶液B和陶瓷膜反应、焙烧制成。

本发明提供的另一种技术方案为：一种Cu/Fe-HT-CM类水滑石催化膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)选取硝酸铜、硝酸铁、硝酸镁以及硝酸铝作为催化剂的前驱体，并按一定比例溶解于水溶液中形成混合盐溶液A，并以尿素为碱溶液B；

(2)陶瓷膜为商用管式陶瓷膜，其分离孔径在0.2～0.1um；用稀硝酸浸泡陶瓷膜后用去离子水冲洗至中性，将陶瓷膜浸没在氧化铝胶体溶液中，随后在还原气氛中焙烧，得到催化膜基膜；

(3)将陶瓷膜放入带搅拌的反应器中，并依次将混合盐溶液A、碱溶液B注入到反应器内，搅拌并逐渐加热至100～105℃并保持2～4h，得到预催化膜；