基于可见光响应型催化剂的杂化超滤膜的制备及应用研究

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超滤是一种深度水处理新技术,因为其装配简单、占地面积小、适用领域广等优点,被人们越来越多的应用于给水处理。然而,膜污染现象会降低膜分离性能、缩短膜的寿命、增加分离成本。本文通过将可见光光催化剂负载在超滤膜上,制备对可见光响应、耐污染的聚砜超滤膜。本文选用聚砜(PSF)为膜材料,N,N-二甲基甲酰胺(DMAc)为有机溶剂,聚乙二醇400(PEG-400)为致孔剂,可见光光催化剂(N-Ti O2、Ag3PO4、C3N4)为添加剂,吐温-80为表面活性剂,采用共混法制备高强度、耐污染聚砜超滤膜。通过测定膜的纯水通量和截留率来研究聚砜含量、搅拌温度、添加剂含量等对膜性能的影响,进而确定膜最佳制备条件;通过通量衰减曲线、膜阻力增大系数、接触角等来研究膜的耐污染性能;并用扫描电镜对膜表面和断面结构进行表征。主要结论如下:(1)研制以N-Ti O2为添加剂的聚砜超滤膜的最佳制备工艺条件为:PSF含量为17.0 wt%,PEG-400含量为15.0 wt%,N-Ti O2含量为2.0 wt%,搅拌温度为70℃,吐温80含量为1 wt%。此工艺条件下制备的聚砜超滤膜纯水通量为764.9 L/m2·h,截留率为93.8%,膜阻力增大系数为1.53,接触角为75.7°,有一定的耐污染性能。(2)研制以Ag3PO4为添加剂的聚砜超滤膜的最佳制备工艺条件为:PSF含量为17.0 wt%,PEG-400含量为15.0 wt%,Ag3PO4含量为2.0 wt%,搅拌温度为75℃。此工艺条件下制备的聚砜超滤膜纯水通量为761.9 L/m2·h,截留率为93.1%,膜阻力增大系数为1.64,接触角为69.8°,耐污染性能比较好。(3)研制以C3N4为添加剂的聚砜超滤膜的最佳制备工艺条件为:PSF含量为15.0wt%,PEG-400含量为15.0 wt%,C3N4含量为0.4 wt%,搅拌温度为70℃。此条件下制备的聚砜超滤膜纯水通量为542.6 L/m2·h,截留率为98.1%,膜阻力增大系数为1.69,接触角为72.3°,有一定的耐污染性能。(4)三种不同可见光光催化剂杂化超滤膜性能各不相同。从纯水通量分析,PSF-PEG-N-Ti O2≈PSF-PEG-Ag3PO4>PSF-PEG-C3N4;从截留率分析,PSF-PEG-C3N4>PSF-PEG-N-Ti O2>PSF-PEG-Ag3PO4;从耐污染性能分析,PSF-PEG-N-Ti O2>PSF-PEG-Ag3PO4>PSF-PEG-C3N4。(5)将三种添加剂最佳制膜条件下制备的可见光响应型超滤膜应用于处理微污染水源水的实验中,实验结果证明负载在超滤膜上的可见光光催化剂可在可见光的照射下分解少量有机污染物,防止膜孔堵塞,缓解膜污染,增加出水的稳定性,降低处理成本。其中,PSF-PEG-Ag3PO4膜的效果最好,PSF-PEG-N-Ti O2膜次之,PSF-PEG-C3N4效果最不明显。
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