光催化TiO_2复合分离膜的制备技术

纳米TiO2复合分离膜集过滤、光催化降解、自清洁、防垢、提高膜通量等功能于一体,能有效解决传统膜分离系统存在的膜污染和膜通量衰减的问题,对发展新型的膜分离技术、开发纳米光催化新材料,以及在节水减排和中水回用等方面具有重要的应用价值。TiO2复合分离膜涉及TiO2纳米晶的合成和固载化工艺、多孔陶瓷载体的选择、烧结工艺及复合膜的稳定性。本文对目前国内外使用的TiO2复合分离膜的各种制备工艺和方法进行了归纳、总结和分析,并对其今后的发展和应用提供了建议。     

TiO_2/MWNTs/Al_2O_3复合分离膜的制备及其水处理性能

以氧化铝陶瓷膜为基底,采用化学气相沉积法制备了具有光催化性能的TiO2/多壁碳纳米管(MWNTs)/Al2O3复合分离膜,通过控制TiO2的沉积时间实现对膜孔径的有效调控.实验结果表明,当化学气相沉积时间为10min时,复合膜具有较好的纯水通量、截留性能和光催化性能.根据紫外漫反射谱图(DRS)分析,TiO2/MWNTs/Al2O3复合分离膜比单独的TiO2/Al2O3复合分离膜具有更好的光吸收性能,能量色散X射线光谱(EDX)的元素分布图显示,TiO2纳米颗粒均匀分布于复合膜表面.以浓度为15mg/L的腐植酸为目标物,考察了复合光催化膜的水处理性能,结果表明,光催化与膜分离耦合工艺可以显著提高有机污染物的去除效率,60min内对腐植酸的去除率可达80.9%,相比于单独的膜分离工艺高12.2%;同时能够有效缓解膜面污染,连续运行5h后,耦合工艺下复合膜的渗透通量比单独膜分离高70.9%.     

N掺杂TiO2陶瓷膜的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备N掺杂TiO2溶胶,用浸渍-提拉方法将溶胶涂敷在陶瓷膜表面,制备具有抗污染性能的光催化陶瓷膜。光催化与膜分离技术相结合,处理含盐直接耐酸大红4BS染料废水,考察了料液pH值、初始浓度、跨膜压差、膜面流速等因素对含盐染料废水处理效果的影响。结果表明,该复合陶瓷膜对4BS染料的截留率在99%以上,对无机盐的截留率低于1%,光催化膜分离耦合的膜通量较单一膜分离的通量提高90%。     

新型光催化膜反应器的设计及性能研究

通过将光催化和膜分离技术耦合,设计了一种新型的错流式光催化膜反应器.采用相转换法制备的rGO/TiO_2/PVDF复合分离膜用于膜反应器中,以1g/L牛血清蛋白(BSA)溶液模拟天然大分子废水,以截留率和膜通量为参数,采用无光截留-光催化自清洁交替运行方式研究反应器的性能.结果表明,复合分离膜对BSA的截留率达到92%,当反应器运行一段时间后改用清水作为进膜料液并打开紫外光,膜通量恢复了87%,说明膜分离和光催化交替运行的方式能够有效地恢复膜通量.     

TiO_2光催化分离膜在水处理中的应用研究进展

经济社会的发展使水污染问题日益严峻,水处理技术的优化势在必行。TiO_2光催化分离膜集光催化与膜分离技术为一体,在发挥膜分离作用的同时可以实现对污染物的有效降解,能够提高分离膜的抗污染性能和水处理效率,在水处理领域显示了巨大的优势。重点分类阐述了膜的制备方法,并展望了光催化分离膜未来的发展方向。     

TiO2/活性炭复合纳米纤维膜的制备及表征

在聚丙烯腈(PAN)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)体系中加入钛酸四丁脂水解溶胶,通过静电纺丝技术得到纳米纤维膜,经预氧化、炭化、活化制备出TiO2/活性炭复合纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜、X射线能谱、热分析、傅里叶红外光谱、X射线衍射以及测定Zeta电位和表面接触角等手段对TiO2/活性炭复合纳米纤维膜进行表征。结果表明,当V(PAN)∶V(DMF)∶V(Ti(OH)4)溶胶=3∶17∶3时,可制得纤维直径为600～700nm的TiO2/活性炭复合纳米纤维膜。纳米TiO2在TiO2/活性炭复合纳米纤维膜中分布均匀,晶型结构易于控制;TiO2/活性炭复合纳米纤维膜有较强的光催化活性和吸附活性,可以作为环境功能材料使用。     

负载TiO2的PVDF膜的制备及其对水中CHCl3的降解

采用静电纺技术成功制备了负载TiO2的PVDF复合纤维膜,研究了TiO2对纤维膜的形貌结构,力学性能,热学性能以及对饮用水中三氯甲烷的降解性能的影响.SEM表明复合纤维的表面呈现粗糙的形貌特征,相对于PVDF纤维而言平均直径减小.力学性能测试结果表明由于TiO2溶胶的加入,PVDF复合纤维膜在干燥与湿润状态下的拉伸强度均减小,断裂伸长率均增大.DSC结果显示TiO2溶胶的加入使复合纤维膜的热焓值和结晶度均降低.研究结果表明负载TiO2的PVDF复合纤维膜对饮用水中的CHCl3具有良好的光催化降解能力.     

水热法制备海绵钛负载TiO2膜

以H2O2为氧化剂、KOH为矿化剂,采用一步水热法在多孔海绵钛载体上制备了颗粒大小约为0.5μm的四方状锐钛矿TiO2膜,并研究了产物TiO2膜对目标降解物亚甲基蓝溶液的光催化性能,探讨了矿化剂浓度对产物TiO2膜晶型、形貌及光催化性能的影响.结果表明,KOH矿化剂有利于TiO2膜在海绵钛表面的生成与晶化,当KOH在0.12mol/L时,海绵钛负载TiO2膜有着最佳的光催化性能:光催化反应45min,亚甲基蓝溶液的降解率达95%.采用该法制备的TiO2光催化剂回收简单,反复利用后,其光催化性能无明显下降.     

纳米TiO2／Al2O3复合薄膜光催化特性研究

以电化学方法合成的Al2O3多孔膜为基体，采用交流电沉积的方法在膜孔中沉积纳米TiO2，制备出纳米TiO2／Al2O3复合薄膜。对TiO2／Al2O3复合薄膜的形貌、结构和组成进行了表征；对TiO2／Al2O3复合薄膜光催化甲基橙溶液进行了研究。结果表明Al2O3／TiO2复合薄膜呈现出较好的光催化活性，电沉积TiO2的时间、热处理温度、选择不同光源照射均对TiO2／Al2O3复合薄膜光催化活性有一定的影响。     

TiO_2-海藻酸钙复合膜的表征、对染料的光催化降解及TiO_2回收

为了解决TiO2纳米粒子难分离,负载的催化剂难回收等问题,首先,将TiO2与海藻酸钠充分混合制成铸膜液,在玻璃板上刮膜,经钙离子交联制备了TiO2-海藻酸钙(T-CA)复合膜。然后,对T-CA复合膜进行了SEM和XRD表征,并研究了T-CA复合膜对染料的光催化降解性能。最后,将T-CA复合膜从染料降解液中取出,浸泡在柠檬酸钠水溶液中,柠檬酸根对钙离子的结合力较强,可使海藻酸盐水凝胶溶解,离心分离TiO2纳米粒子并清洗干燥后,得到了回收TiO2;利用SEM、TEM、FTIR和XRD对回收TiO2进行了表征。结果表明:T-CA复合膜对甲基橙的光催化降解率可达82.37%。回收TiO2与初始的TiO2几乎完全一样,可重新使用且催化能力不变。该方法是一种绿色环保、方便快速的从载体中回收TiO2纳米粒子的方法。     

聚氨酯TiO2纳米管复合材料的制备与光催化特性研究

为了解决水体中光催化剂的分离和回收问题,对纳米TiO2的改性和固载化及其光催化特性进行了研究。首先以纳米TiO2为原料,采用水热合成法制备TiO2纳米管;再对TiO2纳米管硅烷化,改善其表面性质;然后以聚氨酯(PU)膜片为载体负载TiO2纳米管,制成了负载型PU/TiO2薄膜的光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对催化剂进行了表征,结果表明硅烷化后的TiO2纳米管能很好地接枝在PU薄膜表面。以300 W高压汞灯为光源,萘普生为目标降解物,研究了负载PU/TiO2薄膜的光催化活性和稳定性,结果表明其对目标物的降解具有较高活性,用乙醇冲洗即可多次重复使用,其催化活性能较长时间保持稳定。     

乙基纤维素/TiO2复合膜的制备及气体渗透性能

以乙基纤维素(EC)和正钛酸丁酯(TBT)为主要原料,通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了EC/TiO2复合膜。研究了TiO2粒子在复合膜中分布形貌、复合膜的结构变化及对气体渗透和分离性能的影响。结果表明,TiO2质量分数达到25%时,微米级的TiO2粒子均匀分散在复合膜中,复合膜形成有机-无机三维网络结构,测试气体在膜中的渗透行为主要受动力学因素控制,其中H2、O2透气系数分别增大至纯EC膜的1.8倍和1.3倍,H2/N2及O2/N2分离性能略有提高。     

“三明治”双极膜的制备及其在降解含酚废水中的应用

纳米TiO₂上负载纳米Pt以制备纳米Pt/TiO₂半导体光催化剂, 壳聚糖(CS)经纳米Pt/TiO₂改性后作为阴膜层材料, 以羧甲基纤维素(CMC)作为阳膜层材料, 分别用戊二醛与FeCl₃对阴、阳膜层进行交联改性, 制备了CMC-Pt/TiO₂-CS双极膜, 并将该复合膜作为降解高浓度含酚废水电解槽的隔膜。结果表明: Pt/TiO₂光催化剂可促进双极膜中间层水的解离, 大大降低双极膜的膜阻抗和电阻电压降(IR降); 同时, Pt/TiO₂光催化剂表面生成的羟基自由基(·OH)可直接作用于苯酚, 使其彻底降解成无机小分子; 紫外光照下在16.7 mA·cm^-2的电流密度下电解高浓度含酚废水80 min后, CMC-Pt/TiO₂-CS 双极膜的苯酚降解率比CMC-TiO₂-CS 双极膜的苯酚降解率高12.7%; 整个电解过程CMC-Pt/TiO₂-CS 双极膜的膜电阻电压降保持在0.9 V。     

流化床化学气相沉积法制备CNT/Fe-Ni/TiO2及其光催化性能研究

以Fe-Ni/TiO2为催化剂,采用流化床化学气相沉积法(FBCVD)在TiO2表面原位生长碳纳米管(CNT),得到CNT/Fe-Ni/TiO2复合光催化剂.通过SEM、XRD、UV-Vis等方法表征其结构和性能,以亚甲基蓝溶液降解为模型考察其光催化性能.结果表明:Fe-Ni/TiO2催化剂在FBCVD过程中,镍主要起到了CNT生长催化活性位的作用;在生长CNT后的复合光催化剂中,比例较低的Fe3+主要作为电子俘获剂,抑制TiO2光生电子空穴的复合;Ni和CNT共同起到将电子迅速地从TiO2中导出,从而降低光生电子空穴复合几率的作用.三者的协同作用显著改善了TiO2的光催化性能.其中Fe和Ni掺杂量分别为0.25mol%和4.75mol%样品的光催化活性较高,生长CNT后得到的复合光催化剂对亚甲基蓝的降解效率较纯TiO2提高约70%.     

A composite photocatalyst of cdS nanoparticles deposited on TiO2 nanosheets

A nanocomposite photocatalyst consisting of deposited CdS nanoparticles on TiO2 nanosheets was fabricated by a simple one-pot method. The contact between two phases was maximized by making a composite structure of TiO2 nanosheet decorated with CdS nanoparticles. The composite photocatalyst showed higher photoactivity for hydrogen production from aqueous Na2S/Na2SO3 solution and decomposition of methylene blue under visible light irradiation (lamda > or =420 nm) compared with single component CdS nanoparticles or a physical mixture of CdS nanoparticles and TiO2 nanorods. The intentional formation of nanoscale heterojunctions between two phases appears beneficial for inducing an efficient electron-hole separation.     

TiO2/膨润土复合光催化材料研究进展

TiO2/膨润土复合光催化材料是近年来颇受国内外学者关注的环境功能材料之一.本文综述了TiO2/膨润土复合光催化材料的制备及其在环境污染治理方面的应用研究进展,并从膨润土和TiO2的改性方面对TiO2/膨润土复合光催化材料的研究进行了详细论述,提出了存在的问题及研究发展方向.     

A new submerged membrane photocatalysis reactor (SMPR) for fulvic acid removal using a nano-structured photocatalyst

The study focuses on the degradation of fulvic acid by nano-structured TiO2 in a submerged membrane photocatalysis reactor (SMPR). It has been demonstrated that the composite TiO2 photocatalyst could be automatically settled due to its gravity and then be easily separated by MF membrane. In addition, it was more efficient to maintain high flux of membranes than that of commercial TiO2 P25. The paper describes the effects of operational parameters on the photocatalytic degradation of fulvic acid in SMPR. It was found that the photocatalyst at 0.5 g/L and airflow at 0.06 m3/h were the optimal condition for the removal of fulvic acid (FA) and the FA degradation rate was higher at acidic condition than that at alkalinous media. In order to compare the effects of different filtration duration on permeate flux rate of MF, P25 powder and nano-structured TiO2 were employed. According to the experiments, the permeate flux rate of MF is improved and thus the membrane fouling phenomenon is reduced with the addition of nano-structured TiO2 catalyst. Therefore, the submerged membrane photocatalysis reactor can be potentially applied in photocatalytic oxidation process during drinking water treatment.     

锐钛矿型TiO2 / MnFe2O4 核壳结构复合纳米颗粒的制备及其光催化特性

采用柠檬酸盐前驱体技术, 合成了粒径约为20～70 nm 的尖晶石结构MnFe₂O₄ 纳米颗粒, 用聚乙烯亚胺( PEI) 对MnFe₂O₄ 纳米颗粒进行表面处理后, 以异丙醇钛为前驱物, 采用sol2gel 法在纳米MnFe₂O₄ 表面包覆锐钛矿型TiO₂ 纳米层形成核壳结构。利用透射电子显微镜( TEM) 、X射线衍射仪(XRD) 和振动样品磁强计等测试手段对样品的结构、形貌、粒径以及磁学性能等进行了表征。采用罗丹明B 的光催化降解反应对所制催化剂的活性进行了评价。结果表明, 核壳结构TiO₂ / MnFe₂O₄ 复合纳米颗粒的光催化活性随着壳层厚度的增加而增强,当达到一定厚度以后, 其催化活性不随壳层厚度的增加而改变。复合颗粒中TiO₂ 含量达到30 wt % , 反应时间4 h时, TiO₂ / MnFe₂O₄ 磁性光催化剂对罗丹明B 的光降解率达到100 % , 与纯TiO₂ 纳米粉体的催化活性相当, 且光催化活性稳定, 是一种便于回收、可重复使用的高效光催化剂。      

磁载核壳型TiO_2复合光催化剂的研究进展

TiO2是一种高效的光催化剂,为解决TiO2纳米颗粒从悬浮体系中分离回收难的问题,可将其包覆于磁性微球之外,借助于磁场的作用实现快速有效分离。简要介绍了磁载核壳型TiO2复合光催化剂的基本概念、分类及制备方法。根据磁载复合光催化剂的核壳之间是否包覆结合层,将其分为直接包覆磁载TiO2光催化剂和非直接包覆磁载TiO2光催化剂。磁载TiO2复合光催化剂的制备方法有溶胶-凝胶法、均匀沉淀法、微乳液法、原位生长法以及微波水热法等。还介绍了磁载核壳型TiO2复合光催化剂在水处理方面的应用,并且对其未来的发展前景进行了展望。     

磺化聚芳醚酮砜/TiO2复合质子交换膜的制备与性能

为了满足高温燃料电池对质子交换膜的要求,通过溶胶共混法制备了掺有不同含量TiO2纳米粒子的磺化聚芳醚酮(SPAEKS)/TiO2复合膜。红外光谱证实TiO2被引入到SPAEKS共聚物中。扫描电镜(SEM)照片显示,纳米级的TiO2粒子能够均匀地分散在SPAEKS共聚物基体中。通过对复合膜的性能测试发现TiO2的引入,复合膜的热稳定性、吸水率、保水能力及阻醇性能都有所提高。而且SPAEKS/TiO2复合膜的质子传导率高于SPAEKS膜,并在高温时尤为明显,能够满足高温燃料电池的需要。