论文部分内容阅读
膜分离技术因低能耗,易于控制,稳定性强,可用于连续工艺等独特的优势在水处理领域备受关注,但膜分离技术应用的主要障碍是膜污染导致的分离效率降低和使用寿命缩短。光催化技术是一种绿色可再生的环境修复技术,通过光驱动光氧化过程去除有机或无机污染物,且不产生二次污染。而结合膜技术和光催化技术制备的光催化膜具有防污和亲水性能,同时又有光催化效果,因此具有很强的废水处理能力和自清洁能力,能有效解决膜的污染问题和光催化剂难回收和难重复利用问题。TiO2具有超亲水性和优异的自清洁性,但其自身的禁带缺陷使其实际应用受限,为了克服TiO2的缺点,研究者们探索了许多改性方法,例如制备新形貌TiO2,与其他金属氧化物或非金属氧化物复合。Bi12O17Cl2层状结构的新型可见光光催化剂,具有独特的电子结构,在光催化反应中具有良好的光催化活性和稳定性。本论文以TiO2和Bi12O17Cl2为基础,制备出新型高效的光催化膜。本论文首先采用水热法制备纳米线TiO2(TiO2NW),Bi12017Cl2纳米片,以及Bi12O17Cl2-TiO2 NW,并通过Hummers改性方法制备氧化石墨烯(GO)。在此基础上,将氧化石墨烯分别与TiO2NW,TiO2NP,Bi12O17Cl2,以及Bi12O17Cl2-TiO2混合,然后加入多巴胺(PDA)进行改性,制备出RGO/PDA/TiO2NP,RGO/PDA/TiO2NW,RGO/PDA/Bi12O17Cl2 以及 RGO/PDA/Bi12O17Cl2-TiO2NW 复合材料,再以醋酸纤维(CA)膜为基底,通过真空抽滤法把合成的复合材料沉积在CA膜上制备出光催化复合膜,然后通过采用XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM和UV-Vis对复合材料和膜进行表征,并通过实验评价相关性能。结果表明TiO2NW比TiO2NP具有更好的分散性和光催化性能,RGO/PDA/TiO2NW-CA复合膜比RGO/PDA/TiO2NP-CA复合膜具有更好的抗污性。TiO2制备的RGO/PDA/TiO2NW-CA复合膜对于染料-油-水乳液具有较高的水通量(273 L/m2·h·bar)和截留率(约98%),并能在可见光照射下进行5次循环试验时,保持相对稳定的染料-油-水渗透通量和高截留率。对于复合材料RGO/PDA/Bi12O17Cl2,Bi12O17Cl2的引入扩大了还原氧化石墨烯(RGO)纳米片层间距,且Bi12O17Cl2在石墨烯片之间分布均匀。在可见光照射下,RGO/PDA/Bi12O17Cl2-CA复合膜实现了油/水乳液的连续流通分离和可溶性有机污染物亚甲基蓝(MB)和对氯苯酚(4-CP)的降解。随着Bi12O17Cl2含量的增加,膜通量逐渐提高,油/水乳液的分离率为在97%以上,在可见光照射后,MB降解效率约为98.5%,对氯苯酚(4-CP)降解率约96%。在可见光照射下,复合膜在循环10次后仍能保持高通量和高截留率。另外,为了提高RGO/PDA/Bi12O17Cl2-CA复合膜亲水性和通量以及RGO/PDA/TiO2NW-CA膜的光催化效果,结合Bi12O17Cl2的窄禁带宽度,TiO2亲水性,以及异质结有利于分离电子-空穴对的特点,制备出Bi12O17Cl2-TiO2NW异质结材料。结果表明制备的RGO/PDA/Bi12O 17Cl2-TiO2NW-CA膜与RGO/PDA/Bi12O17Cl2-CA比较,既提高了膜通量又保持了对油水乳液的截留效果,其纯水通量提高了 3倍,水触角减小了 20°左右,对含油乳液的截留率均保持在95%以上,而且该膜对MB以及4-CP的反应速率常数均提高了 30%左右。