[發(fā)明專利]具有光催化性能的分離膜及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610088193.6
• 申請(qǐng)日: 2006-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN101096011A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡科研;崔平;李勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): B01J21/06
• 分類號(hào): B01J21/06;B01J37/03;B01J37/02;B01D69/00;B01D71/00;C02F1/32;C02F1/44
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分離膜及制法，尤其是具有光催化性能的分離膜及其制備方法。

背景技術(shù)

自上世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)TiO₂等半導(dǎo)體材料具有光催化性能以來，人們對(duì)光催化的機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。光催化劑在紫外或可見光的激發(fā)下，價(jià)帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶上，留下空穴h⁺，空穴具有很高的氧化還原電位，可奪取半導(dǎo)體粒子上所吸附的化學(xué)物質(zhì)上的電子，產(chǎn)生游離基，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化、礦化、降解的各式反應(yīng)，以達(dá)到光催化的目的。光催化技術(shù)可以充分利用取之不盡的太陽(yáng)能，在常溫常壓、不消耗其他材料的條件下將水分解產(chǎn)生氫氣、降解污染物，從而有效地解決社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩個(gè)最緊迫問題：可再生能源和環(huán)境污染。雖然光催化技術(shù)具有難以估量的應(yīng)用價(jià)值，也取得了一些進(jìn)展，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益尚有待進(jìn)一步的突破。最關(guān)鍵的兩點(diǎn)是：光催化效率的提高和光催化劑的固定化。前者是光催化技術(shù)的根本，而后者是光催化技術(shù)規(guī)模應(yīng)用的前提。由于光催化是通過光催化劑將光能傳遞到反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，因此，將光高效、均勻傳輸?shù)剿写呋瘎┥弦约霸鲞M(jìn)反應(yīng)物和產(chǎn)物的輸運(yùn)是提高光催化效率的兩大關(guān)鍵問題。為此，人們作了一些嘗試和努力，如在2002年3月20日公告的中國(guó)發(fā)明專利說明書CN1081166C中披露的一種“光催化與膜分離集成的水處理方法”。它是在設(shè)有石英冷井和催化誘發(fā)光源的反應(yīng)槽中加入光反應(yīng)催化劑，將待降解的廢水通入反應(yīng)槽后，再將起氣拌作用的富氧氣體以分散氣流導(dǎo)人，使催化劑以懸浮態(tài)存在于反應(yīng)液內(nèi)，反應(yīng)后的懸浮液通過膜管以錯(cuò)流過濾的方式進(jìn)行固液分離，降解液透過滲透膜從膜管外側(cè)排出，固體催化劑隨截留于管內(nèi)的反應(yīng)液返回反應(yīng)槽再次參與反應(yīng)；其中，催化誘發(fā)光源為紫外光或主波長(zhǎng)＜400nm的近紫外光源，光催化劑為直徑＜4μm的TiO₂顆粒，膜管由陶瓷支撐管和復(fù)合于其內(nèi)壁上的無機(jī)滲透膜組成，無機(jī)滲透膜的孔徑為1nm～10μm、膜厚度＜100μm。但是，這種水處理方法存在著不足之處，首先，光催化時(shí)需將TiO₂催化劑置于有氣拌作用的反應(yīng)槽中，且降解液的分離也需要其內(nèi)壁上復(fù)合有無機(jī)滲透膜的陶瓷支撐管，這既增加了水處理裝置的復(fù)雜性，又增大了處理的使用成本；其次，反應(yīng)槽中還需增設(shè)催化誘發(fā)光源，這也同樣使裝置的復(fù)雜性增加和使用成本加大；再次，須使用富氧氣體以分散氣流導(dǎo)人，方能使催化劑TiO₂以顆粒狀懸浮于待降解的廢水中，從而來增大催化劑TiO₂與廢水的接觸面，提高催化的效能，這無疑也更進(jìn)一步增大了制造與使用的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理、實(shí)用，使用方便的具有光催化性能的分離膜及其制備方法。

具有光催化性能的分離膜其為TiO₂光催化劑和分離膜支撐體，特別是(a)所說TiO₂光催化劑為斷續(xù)薄膜狀，所說斷續(xù)薄膜狀薄膜的厚度為5～100nm，其由復(fù)合TiO₂構(gòu)成，所說復(fù)合TiO₂為TiO₂與貴金屬或稀土金屬中的任一金屬元素及其氧化物組成，其相互間的重量比為98～99.99％∶0.01～2％；(b)所說分離膜支撐體為非對(duì)稱孔狀透明體，其對(duì)紫外或可見光的反射率為0～80％、透過率為0～95％，所說構(gòu)成斷續(xù)薄膜狀薄膜的復(fù)合TiO₂光催化劑于所說非對(duì)稱孔狀透明體的孔內(nèi)表面的覆蓋率小于99％、外表面的覆蓋率小于85％。

作為具有光催化性能的分離膜的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的非對(duì)稱孔狀透明體表面的孔直徑為其內(nèi)部孔直徑的1～80％；所述的非對(duì)稱孔狀透明體的孔直徑為100nm～1mm、空隙率為10～80％；所述的非對(duì)稱孔狀透明體為玻璃或塑料薄膜；所述的玻璃為有機(jī)玻璃。

具有光催化性能的分離膜的制備方法包括溶膠-凝聚法，特別是它是按以下步驟完成的：(a)按TiO₂與貴金屬或稀土金屬中的任一金屬元素間的重量比用鈦酸丁酯前驅(qū)體配制復(fù)合TiO₂溶膠，然后向復(fù)合TiO₂溶膠中加入其重量為0.01～3％的聚乙二醇，攪拌均勻得復(fù)合溶膠；(b)先將非對(duì)稱孔狀透明體浸入上述復(fù)合溶膠中至少1分鐘，取出后于30～100℃下至少干燥5小時(shí)，再重復(fù)此步驟一次以上；(c)將浸有上述復(fù)合溶膠的非對(duì)稱孔狀透明體置于200～800℃下至少焙燒0.5小時(shí)，制得具有光催化性能的分離膜。