[發明專利]一種用于凈化水的仿生光催化膜分離組件

有效

• 申請號: 200910219989.4
• 申請日: 2009-11-12
• 公開（公告）號: CN101716469A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 柳麗芬;趙雅靜;楊鳳林;于心瑞
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D69/02;C02F1/30;C02F1/42
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于光催化材料和水處理與凈化領域。涉及到利用仿生原理，將含有光 催化劑的膜片制成具有葉片、植株形貌和結構仿生特點的、新的催化分離復合 膜及凈水膜組件。具體涉及到利用葉片和植株的形貌作為膜組件設計原則，使 膜組件具有合理的空間布局，一方面具有高效利用光能的特點，另一方面具有 利用水流氣流擾動，來減少水中污染物在膜表面沉積污染的特點。該組件的膜 分離功能與光催化功能組合，具有雙重凈水功能。

背景技術

我國是一個缺水的國家，社會的可持續發展、生態和人群的健康與安全，有賴 于水的處理和凈化技術。水的凈化可采用多種方法，包括光催化、過濾、沉 淀、絮凝、膜分離等。

用光催化方法凈化水近來得到了廣泛研究，一方面擴展了光的利用范圍，使利 用可見光、日光進行光催化成為可能；然而如何充分利用自然光照，將表面負 載催化劑的膜材料進行有效空間布置是一個問題，尚沒有得到研究。另一方 面，為了回收光催化劑，各種固定、負載方法被用來固定光催化劑。負載材料 包括沸石、活性炭、金屬板等。這些載體不一定具有膜的特點和分離功能；如 果把光催化劑負載在膜材料上，比如金屬膜、陶瓷膜、有機膜，就把膜的分離 作用和光催化作用進行了疊加和復合，是具有優勢的技術。它不僅可以截留大 的顆粒物或者大分子，膠體等，同時也可以光催化氧化吸附的污染物（HM? Zhang,XieQUAN,Shuo?Chen,HM.Zhao,、Env.Sci.Tech.2006，40，6104-6109）。 又如Liu?LF等人把光催化劑和吸附材料負載在濾布上，制備了具有過濾分離和 催化再生性能的柔性的吸附、催化和膜分離材料。催化劑和吸附劑的組成分別

Lifen?Liu,Chen?Fang,Fenglin?Yang, Stable?photocatalytic?activity?of?immobilized?Fe0/TiO2/ACF?on?composite? membrane?in?degradation?of2,4-dichlorophenol,Separation?and?purification? technology,online?Sept16,doi2009.10.106/iseppur），或者利用表面改性負載Ｐ ＶＡ使膜材料更親水、抗污染，同時利用一種高分子吸附材料和光催化劑成 分，使膜具有吸附污染物和光催化降解污染物的功能（Lifen?LIU,Lu,Xiao; Fenglin?Yang，Terylene?membrane?modification?with?Polyrotaxanes,TiO2and? Polyvinyl?alcohol?for?better?antifouling?and?adsorption?property,Journal?of?membrane? science,2009Feb.doi10.1016/j.memsci.2009.02.005）。也可以利用殼聚糖作為提 高膜親水性的組分，與吸附和催化成分共同負載在一種過濾膜材料表面，使膜 具有過濾分離、吸附和光催化再生性能（Lifen?Liu,Yu?Du,Penghui?Zhang, Fenglin?Yang,Regenerative?adsorptive?membrane?for?removing?micropollutant? EDCs?from?water,Advanced?membrane?technology?IV,membrane?for?clean?and? sustainable?processes,June7-122009,Trondheim?Norway,Engineering?Conference? International(ECI)，有如碳納米管復合二氧化鈦的分離膜同樣具有吸附和光催 化降解污染物的性質（柳麗芬,鄭國華,楊鳳林.MWNTs/TiO2/聚酯復合膜及其吸 附性能.中國環境科學,2009）。

光催化膜尚有這樣一些問題。

（1）污染物會在膜表面沉積吸附，形成污染，妨礙光催化劑發生作用；光催化 劑表面一旦被沉積物遮擋，就得不到光照，喪失催化活性。平板膜過濾會導致 水中的較大的分子和污染物沉積吸附在膜表面，不利于光催化劑發揮作用。光 催化劑雖然具有自清潔功能，但是氧化污染物的速度，一般沒有大的顆粒物等 沉積的速度快，水中凈化需要將降低顆粒物的濃度，采取比如粗過濾沉淀絮凝 等操作。雖然也可以采用曝氣方式，降低膜污染，平板結構一般比較僵硬，不