公布日：2022.03.22
申請(qǐng)日：2021.12.09
分類號(hào)：B01J27/24(2006.01)I;C02F1/30(2006.01)I;C02F1/72(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法及其制備方法，包括以下步驟：S1.制備負(fù)載凝膠；S2.制備基膜；S3.制備光催化污水處理復(fù)合膜。其中負(fù)載凝膠內(nèi)含有N摻雜納米TiO2，通過在TiO2摻雜氮原子的方式，改善TiO2的光利用率，提高其對(duì)污染物的處理效率；此外本發(fā)明還通過使用親水改性劑的方式，改善了光催化污水處理復(fù)合膜的接觸角，使得污水光催化污水處理復(fù)合膜的親水角減小，進(jìn)一步提升處理污水的效率；最后還通過多次負(fù)載的方式，增強(qiáng)光催化物與基膜的結(jié)合力，延長了光催化污水處理復(fù)合膜的使用壽命。
權(quán)利要求書
1.一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：S1.制備負(fù)載凝膠；S2.制備基膜；S3.制備光催化污水處理復(fù)合膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述的制備負(fù)載凝膠，包括如下步驟：S11.制備N摻雜納米TiO2；S12.向二氧化鋯凝膠內(nèi)加入步驟S11制備的N摻雜納米TiO2粉末和親水改性劑，機(jī)械攪拌1.5~3h，使用超聲震蕩處理2~3h，混合均勻后，升溫至160~180℃進(jìn)行水熱處理2~3h，得到負(fù)載凝膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述基膜的制備，包括以下步驟：將玻璃纖維布置于超聲波清洗機(jī)內(nèi)，加入異丙醇至沒過玻璃纖維布，浸泡10分鐘后，超聲處理15分鐘，之后依次使用稀鹽酸與無水乙醇對(duì)玻璃纖維布進(jìn)行同樣操作，結(jié)束后，將清洗過的玻璃纖維布置于真空干燥箱內(nèi)，干燥處理2h，干燥后即可得所述基膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述光催化污水處理復(fù)合膜的制備，包括以下步驟：S31.將步驟S2中制得的基膜，浸沒由于步驟S1所制得的負(fù)載凝膠內(nèi)，靜置3分鐘后，將基膜提起，提拉速率為5~10cm/min；S32.將經(jīng)過一次覆膜的基膜懸掛風(fēng)干，直至表面凝膠干燥；S33.重復(fù)步驟S31、S32的操作2~3次后，將覆膜完成的玻璃纖維布置于烘箱內(nèi)煅燒，煅燒結(jié)束后，即可得所述光催化污水處理復(fù)合膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，步驟S11中，所述N摻雜納米TiO2的制備，包括以下步驟：按重量份數(shù)計(jì)，在反應(yīng)釜內(nèi)加入150~180份雙氧水、3~8份硝酸和
0.5~3份三聚氰胺，之后加入鈦粉，封閉加熱至80℃，反應(yīng)48~72h后取出制備的TiO2，用去離子水洗滌，室溫下干燥后置于馬弗爐內(nèi)，以5℃/min的速率，加熱至450~480℃，保溫1~1.5h后停止加熱，隨爐冷卻至室溫后即可得所述N摻雜納米TiO2。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，所述親水改性劑為市售KH550或SG~Si900。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，所述N摻雜納米TiO2，二氧化鋯凝膠與親水改性劑的比例為(5~20)：(70~150)：(0.1~0.3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，步驟S21中，所述機(jī)械攪拌速率為30~60rpm，超聲震蕩頻率為20~30KHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，其特征在于，所述超聲處理頻率為25~35KHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9中任意一項(xiàng)所述的一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法制備的復(fù)合膜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光催化污水處理復(fù)合膜及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種光催化污水處理復(fù)合膜的制備方法，包括以下步驟：
S1.制備負(fù)載凝膠；
S2.制備基膜；
S3.制備光催化污水處理復(fù)合膜。
進(jìn)一步的，步驟S1中，所述負(fù)載凝膠的制備，包括如下步驟：
S11.制備N摻雜納米TiO2；
S12.向二氧化鋯凝膠內(nèi)加入步驟S11制備的N摻雜納米TiO2粉末和親水改性劑，機(jī)械攪拌1.5~3h，使用超聲震蕩處理2~3h，混合均勻后，升溫至160~180℃進(jìn)行水熱處理2~3h，得到負(fù)載凝膠。
進(jìn)一步的，所述親水改性劑為市售KH550型親水改性劑或SG~Si900型親水改性劑。
進(jìn)一步的，按重量份數(shù)計(jì)，所述N摻雜納米TiO2，二氧化鋯凝膠與親水改性劑的比例為(5~20)：(70~150)：(0.1~0.3)。
進(jìn)一步的，步驟S2中，所述基膜的制備，包括如下步驟：將玻璃纖維布置于超聲波清洗機(jī)內(nèi)，加入異丙醇至沒過玻璃纖維布，浸泡10分鐘后，超聲處理15分鐘，之后依次使用稀鹽酸與無水乙醇對(duì)玻璃纖維布進(jìn)行同樣操作，結(jié)束后，將清洗過的玻璃纖維布置于真空干燥箱內(nèi)，干燥處理2h，干燥后即可得所述基膜。
進(jìn)一步的，步驟S3中，所述光催化污水處理復(fù)合膜的制備，包括以下步驟：
S31.將步驟S2中制得的基膜，浸沒由于步驟S1所制得的負(fù)載凝膠內(nèi)，靜置3分鐘后，將基膜提起，提拉速率為5~10cm/min；
S32.將經(jīng)過一次覆膜的基膜懸掛風(fēng)干，直至表面凝膠干燥；
S33.重復(fù)步驟S31、S32的操作2~3次后，將覆膜完成的玻璃纖維布置于烘箱內(nèi)煅燒，煅燒結(jié)束后，即可得所述光催化污水處理復(fù)合膜。
進(jìn)一步的，步驟S11中，所述N摻雜納米TiO2的制備，包括以下步驟：按重量份數(shù)計(jì)，在反應(yīng)釜內(nèi)加入150~180份雙氧水、3~8份硝酸和
0.5~3份三聚氰胺，之后加入鈦粉，封閉加熱至80℃，反應(yīng)48~72h后取出制備的TiO2，用去離子水洗滌，室溫下干燥后置于馬弗爐內(nèi)，以5℃/min的速率，加熱至450~480℃，保溫1~1.5h后停止加熱，隨爐冷卻至室溫后即可得所述N摻雜納米TiO2。
TiO2是當(dāng)前最常見的半導(dǎo)體光催化材料之一，擁有較強(qiáng)的氧化還原能力，且性能穩(wěn)定、成本低廉、對(duì)環(huán)境無損害，在半導(dǎo)體光催化方面有著廣大的應(yīng)用市場。但是作為半導(dǎo)體材料，TiO2擁有著較大的禁帶寬度，數(shù)值為
3.2eV，在陽光輻射下，僅能被其中能量最高的紫外光激發(fā)，這大大限制了TiO2對(duì)太陽光的利用率，使其光催化分解污染物的效率大大降低。對(duì)二氧化鈦進(jìn)行非金屬摻雜處理，可以有效解決這一問題。非金屬摻雜后，會(huì)在二氧化鈦半導(dǎo)體中形成雜質(zhì)能級(jí)，降低其禁帶寬度。N摻雜的TiO2，在其晶體內(nèi)部，由于氮原子與氧原子原子序數(shù)相鄰，原子半徑相近，且具有著高電離度與高電負(fù)性，氮原子將取代部分二氧化鈦晶格內(nèi)的氧原子，形成TiNn的產(chǎn)物，形成Ti~N、Ti~O~N鍵，并通過此類行為對(duì)TiO2進(jìn)行改性，在TiO2的禁帶中提供額外能級(jí)，作為階梯實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移，增加改性TiO2的光波長響應(yīng)范圍。
進(jìn)一步的，步驟S21中，所述機(jī)械攪拌速率為30~60rpm，超聲震蕩頻率為20~30KHz。
進(jìn)一步的，步驟所述超聲處理頻率為25~35KHz。
光催化技術(shù)是指通過使用光激活底物(即光催化劑)的過程。催化行為產(chǎn)生時(shí)，底物被激活后，改變或促進(jìn)反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，而其本身不被消耗。在光催化過程中，用光照射催化劑，當(dāng)激發(fā)源的能量高于催化劑材料的帶隙能量時(shí)，將導(dǎo)致光子吸收并激發(fā)電子，使其從價(jià)帶到導(dǎo)帶，從而在價(jià)帶中產(chǎn)生正電子空穴，形成電荷；而由此產(chǎn)生的電荷載體則可以遷移到催化劑的表面，并與其表面吸附的物質(zhì)發(fā)生相互作用，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基團(tuán)，使得污水中的大部分有機(jī)污染物被氧化，分解為無害的小分子物質(zhì)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：本發(fā)明制備的光催化污水處理復(fù)合膜制作工藝簡單，成本較低，且通過氮原子對(duì)二氧化鈦摻雜的方式，降低了二氧化鈦半導(dǎo)體的禁帶寬度，提高了光催化污水處理復(fù)合膜的光利用率，進(jìn)而提升了其對(duì)污水的處理效率，此外本發(fā)明還通過摻加親水改性劑的方式，改善了復(fù)合膜與污水的接觸角，使得污水中污染物能更有效地依附于復(fù)合膜上，被氧化分解；且本發(fā)明還通過多次負(fù)載的方式，加強(qiáng)了光催化污水處理復(fù)合隔膜上光催化劑與基膜的結(jié)合強(qiáng)度，提升了復(fù)合膜的使用壽命，在污水處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。
（發(fā)明人：張蓓蓓;王海平;張華明;姚玉峰;康正芳）
