异质结光催化复合膜的制备及其可见光下降解水中罗丹明B的性能研究

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光催化与膜过程的整合是减少膜污染和改善膜性能的有前景和理想的替代方案。新型的光催化复合膜体系能够在有效降解有机污染物的同时,将粉体催化剂从液相中快速分离出来,是一种绿色环保、易于工业化生产的策略。本文通过构建异质结高效催化剂,采用简单的相转化法将催化剂固定在膜的孔道和表面,并表现出良好的催化活性。运用X射线衍射仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜、傅立叶变换分光光度计等表征方法,深入分析了光催化复合膜的微观形貌、化学组成等,并结合上述分析推测可见光下降解机理。具体工作如下:(1)选用醋酸纤维素为膜基质,以Bi2O3/ZnS异质结为功能材料,通过相转化法制备了氧化铋/硫化锌-醋酸纤维素光催化膜(Bi2O3/ZnS-CA)。由于异质结的特殊结构,Bi2O3/ZnS-CA膜在罗丹明B(RhB)处理中表现出了较高的效率。与单一光催化剂共混膜相比,Bi2O3/ZnS-CA膜的降解动力学常数提高了4倍,降解效率提高约30%。此外,光催化膜表现出优异的渗透通量(649.7 Lm-2h-1)和大的孔隙率(69.94%)。Bi2O3/ZnS-CA膜为膜的功能化提供了新的视角,并且具有连续处理有机染料的巨大潜力。(2)选择聚偏二氟乙烯(PVDF)作为膜基质,以石墨相氮化碳/磷酸银(g-C3N4/Ag3PO4)为功能材料,通过相转化法将g-C3N4/Ag3PO4异质结牢固地固定在PVDF膜的内部,从而构建了一种具有防污性能的g-C3N4/Ag3PO4-PVDF多孔膜。通过SEM等手段分析微观结构,发现纳米复合光催化膜显示出典型的多孔结构,并且g-C3N4/Ag3PO4异质结在膜内很好地分散。在可见光照射下,g-C3N4/Ag3PO4-PVDF膜对RhB溶液的去除效率达到97%,高于纯PVDF膜(41%)和g-C3N4-PVDF膜(85%)。同时,膜的纯水通量和通量恢复率表明,g-C3N4/Ag3PO4-PVDF膜在结垢后经过光照可以恢复部分通量,具备更好的抗污性。此外,制备的防污g-C3N4/Ag3PO4纳米复合光催化PVDF多孔膜表现出优异的可再循环性。因此,预计g-C3N4/Ag3PO4-PVDF膜可以为有效去除有机染料废水提供节能策略,并且在未来具有很大的实际废水处理潜力。
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