[發(fā)明專利]一種臭氧催化功能陶瓷膜及其制備方法和循環(huán)涂覆裝置

有效

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• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN104841292B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁恒;成小翔;白朗明;瞿芳術(shù);丁安
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D67/00;C02F1/44;C02F1/78;B01J23/34
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功能化陶瓷膜及其制備和循環(huán)涂覆裝置，涉及膜材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著膜材料制備水平不斷提高，應(yīng)用成本不斷下降，膜技術(shù)作為21世紀的水處理技術(shù)，在水處理行業(yè)中正進入規(guī)模化應(yīng)用的時代。水處理過程中，在膜前選擇適當?shù)念A(yù)處理技術(shù)，能顯著提高膜單元去除污染物效能，同時有效地緩解膜污染。眾多預(yù)處理技術(shù)當中，臭氧預(yù)氧化被認為是一種十分高效的膜前預(yù)處理技術(shù)。大量的研究與工程實踐也證明，臭氧預(yù)氧化能夠有效減輕膜污染并提高膜單元去除有機污染物的效能。同時，需要注意的是，并不是所有的膜都適合與臭氧聯(lián)用，臭氧預(yù)氧化對膜材料具有一定的要求，所使用的膜材料均要求具備較強的耐氧化性能。與傳統(tǒng)有機膜相比，陶瓷膜具有機械強度大、耐高溫、耐酸堿、耐氧化和壽命長等一系列優(yōu)勢，尤其是在與臭氧聯(lián)用時，能充分的發(fā)揮其耐氧化的優(yōu)勢，這是傳統(tǒng)有機膜所不可比擬的。

另一方面，在臭氧水處理技術(shù)中，臭氧對有機物的降解主要有兩種途徑：一種是臭氧分子的直接氧化作用，而另一種是依靠臭氧分解后產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)，間接地與水中有機物作用。臭氧分子對有機污染物的直接氧化作用具有選擇性，而·OH氧化能力極強，與有機物作用是非選擇性的，例如苯類、硝基苯類、羧酸類以及農(nóng)藥類等與臭氧的反應(yīng)速率較低，但卻可以被·OH所降解。普通商品陶瓷膜主要由氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鋯(ZrO₂)和氧化鈦(TiO₂)等組成，這些金屬氧化物具有一定的臭氧催化功能，能促進臭氧的分解以及·OH的產(chǎn)生，一定程度上提高了對有機污染物的降解效率，但對有機物降解的礦化程度還不夠高，不能使有機污染物完全礦化。

目前，對陶瓷膜進行改性處理制備多功能陶瓷膜已經(jīng)引起了研究人員的關(guān)注。Karnik等(J Mater Sci,2006,41:6861–6870)通過層層涂覆的方法將三氧化二鐵納米顆粒作為臭氧氧化催化劑負載于陶瓷膜分離層之上；Syafei等(J.Colloid Interface Sci.323,112-119,2008)將二氧化鈦納米顆粒涂覆在氧化鋁/氧化鈦/氧化鋯陶瓷膜表面，進行紫外光催化氧化去除有機污染物；Ma等(J.Membr.Sci.336,109-117,2009)將納米銀顆粒負載于氧化鋁陶瓷膜表面，以減輕膜表面的生物污染。此外，CN1546397A公開的《蜂窩陶瓷催化臭氧化分解水中有機物的方法》，以蜂窩陶瓷催化臭氧化的方法分解水中的有機物，但不能實現(xiàn)膜過濾與臭氧催化功能的集成；CN102489172A公開的《一種載體型二氧化鈦超濾膜、其制備方法及應(yīng)用》，是以陶瓷膜作為支撐體，在其表面制備二氧化鈦超濾膜層，實現(xiàn)了陶瓷膜負載催化劑并應(yīng)用于光催化、催化臭氧化、催化雙氧水氧化、催化濕式氧化等領(lǐng)域中。但這種催化作用僅僅停留在陶瓷膜表面，陶瓷膜的支撐體沒有得到有效利用；CN103736401A公開的《一種用于臭氧催化處理有機廢水的無機膜及其制備方法》，主要包括支撐體和膜分離層的制備與改性處理，其特征是在該支撐體和膜分離層表面分別負載了不同類別的催化劑，提高了臭氧的催化效果，但其制備方法相對較為復(fù)雜。

有鑒于此，提供一種新型臭氧催化功能陶瓷膜，最大限度的提高陶瓷膜的臭氧催化效能，同時，與陶瓷膜的膜過濾能力有機結(jié)合，實現(xiàn)多種功能的集成，在提高有機污染物去除效能的同時，有效地緩解膜污染，這是當前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有的陶瓷膜存在陶瓷膜的臭氧催化效能低、不能實現(xiàn)膜過濾與臭氧催化功能的集成，無法有效緩解膜污染等問題，進而提供了一種臭氧催化功能陶瓷膜及其制備方法和循環(huán)涂覆裝置。

本發(fā)明主要包括陶瓷膜支撐體的催化改性處理以及陶瓷膜催化層的制備，旨在構(gòu)建立體多級催化體，同時提升陶瓷膜分離層和支撐層的催化效能，使臭氧催化作用滲透到整個陶瓷膜內(nèi)部，充分發(fā)揮整體的催化作用。本發(fā)明采用錳系氧化物制備臭氧催化層，與其他金屬氧化物相比，錳系氧化物具有較好的吸附和臭氧催化能力，在提升臭氧催化能力的同時，有效緩解膜污染，實現(xiàn)污染物吸附、臭氧催化氧化和膜分離等多功能的集成。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案如下：

一種臭氧催化功能陶瓷膜，所述陶瓷膜包括作為支撐體的金屬負載陶瓷膜基體和作為分離層的錳氧化物催化層，金屬負載陶瓷膜基體由管式陶瓷膜制成，金屬負載陶瓷膜基體的每個通道內(nèi)壁上附著有一層錳氧化物催化層。