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水资源短缺和污染已危及与人类生存息息相关的饮用水供给和安全,提高饮用水的水质与水量刻不容缓。近年来,纳米材料的研究促进了水处理技术的发展,并使光催化氧化和膜分离技术在提高饮用水水质水量方面发挥了重要作用。 在光催化氧化技术中,复合催化剂 BiVO4/Co3O4可有效解决可见光响应的BiVO4存在的问题而呈现高催化活性。NDEA是饮用水消毒副产物亚硝胺类的一种,在环境中广泛存在且致癌性强。活性氧的组成对光催化反应进程有非常重要的作用,并在亚硝胺降解过程中直接影响其彻底去除效率。 本文利用可见光响应的BiVO4/Co3O4光催化降解高致癌性 N-亚硝基二乙胺(NDEA),测定其降解效率、降解产物分布和活性氧组成。结果表明,超氧自由基(O2?-)和空穴(h+)可在催化剂的表面优先产生并直接攻击NDEA,对NDEA的降解效率起主要作用。单线态氧(1O2)在降解NDEA的过程中主要控制着产物二乙胺(DEA)和NO3-的分布。羟基自由基(?OH)可促进NDEA降解产物DEA的再降解,避免DEA与NO2-二次合成NDEA。O2?-对NDEA的亚硝基基团的作用较为明显,抑制O2?-可减少NO2-的生成,从而避免NO2-与DEA再结合。过氧化氢(H2O2)与其他活性氧的协同作用促进NDEA的降解。乙胺(EA)并不是由单一活性氧路径形成的,而是各种活性氧综合作用的结果。活性氧的分布对NDEA的彻底降解和产物分布有重要影响,不同的活性氧在NDEA的降解体系中充当着不同的角色,所以,本次研究从活性氧的角度出发,为饮用水污染物彻底降解提供理论依据。BiVO4/Co3O4被光激发后,e-快速转移至BiVO4上并捕捉催化剂表面的分子氧形成强氧化性的O2?-,h+迅速转移至Co3O4上具有更强的氧化能力,从而影响后续活性氧在光催化体系中的分布。所以,复合催化剂特殊的能带结构可直接影响活性氧的组成。 在膜分离技术中,层状排列氧化石墨烯膜充分发挥GO单分子层片状结构和机械强度的特点,以层间间距为主要运输通道实现膜的高通量和高选择性的性能。本文将SiO2氨基化后作为带正电的纳米粒子与GO静电层层组装制备新型层状排列GO膜,并利用SiO2尺寸大小可调的特性实现层间间距可调。结果表明:3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)成功接枝在 SiO2表面,并使其带有与GO电量相近电性相反的电荷。 在 PVDF膜表面利用静电层层组装法组装不同层数(一、二、三、五层) GO-(APTES-SiO2)-GO后,膜的纯水通量和截留率均比PVDF膜有明显提高。纯水通量和截留率分别随着静电组装 GO-(APTES-SiO2)-GO层数的增多而降低和升高。对比发现组装一层 GO-(APTES-SiO2)-GO时膜性能最佳(纯水通量高达563.87 L/(m2?h),BSA的截留率为82.24%)。在PVDF膜表面利用静电作用将不同尺寸的APTES-SiO2(15、30、40、50nm),与GO组装制备不同层间间距的层状排列 GO膜,可同时实现高通量(>500 L/m2/h)和高选择性(BSA截留率>75%)。不同尺寸的 SiO2与 GO静电层层组装后,纯水通量大小关系表现为50nm-SiO2>40nm-SiO2>30nm-SiO2>15nm-SiO2,截留率则恰好相反。层状排列GO膜表面暴露的GO、层间的GO与APTES-SiO2增强了膜的亲水性,从而提高了膜的抗污染性能。所以,SiO2与GO静电组装的层状排列GO膜以层间间距为运输通道,通过调节 SiO2的尺寸来实现层间间距可调,并获得高通量、高选择性、抗污染性的高性能分离膜。