[發明專利]一種半導體氧化物改性的導電濾膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201510898003.6
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN105498552B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 潘家鴻;戴松元;張兵;姚建曦
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/02;B01D69/12;B01D67/00;C02F1/467
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發明屬于膜技術和光電材料領域，具體涉及一種半導體氧化物改性的導電濾膜及其制備方法和應用。所述半導體氧化物改性的導電濾膜，由普通導電濾膜和半導體氧化物組成。其中，半導體氧化物包括TiO₂，ZnO或Fe₂O₃，普通導電濾膜的孔徑為1nm?1μm。制備方法為：半導體氧化物在導電濾膜制備過程中引入，或先制備普通導電濾膜，再使用半導體氧化物對其進行改性。半導體氧化物改性的導電濾膜將膜分離技術與半導體光電催化技術有效聯合，相對于傳統的光催化或導電濾膜等水治理技術，能有效提高了膜表面空穴的含量，增強了濾膜的氧化凈化能力。這種基于導電濾膜的光電催化技術的水處理系統能提高水環境中有機污染物的降解和致病菌的滅活，以及膜的自凈能力，進而大大提高了污水的處理效率。

技術領域

本發明屬于膜技術和光電材料領域，具體涉及一種半導體氧化物改性的導電濾膜及其制備方法和應用。

背景技術

膜分離技術是現代分離科學的核心方法之一，已廣泛應用于氣體分離、純水生產、石油化工制品的冶煉、制藥和生物工程等領域，在水處理、食品、醫藥、生物、環保、化工、冶金、能源、石油等行業發揮著重要的作用。膜分離過程具有高效、節能、環保、過濾過程簡單可控等特征，顯示了良好的經濟效益和社會效益。特別在大面積污水處理領域，膜分離技術已逐漸取代傳統的生物降解法。膜過濾凈化污水過程具有過濾精度高、容積負荷高、占地面積小、處理工藝簡單和濾速快等顯著優點；但隨著運行時間的增長，截留在膜表面和膜孔的污染物逐漸累積增多，膜堵塞不可避免，由此造成了膜阻力的加大，嚴重降低了膜通量和污水處理效率，增加了運行能耗。

在優化運行工藝的基礎上，改善膜材料是有效提高濾膜水處理能力的重要手段。作為膜過濾技術的“守門員”，發展高效多功能過濾膜越來越引起人們的重視。近年來，將膜技術與各基于物理、化學法的水處理技術的集成得到科學界和工業界的廣泛關注。基于耦合電化學技術得到的導電濾膜，在原有的高分子薄膜上引入導電物質，使得所制成的濾膜具有電化學性能。由于導電濾膜良好的應用前景，已有多個關于導電膜制備方法的發明申請(如：CN102671551B和CN104289114A)。導電濾膜的水處理原理可簡述如下：通過引入外界偏壓提高膜表面對帶電粒子、離子或生物體的吸附，從而明顯增強了濾膜對污染物的攔截并提高了出水水質，相應地大大減輕了污染物在膜孔道內部的堵塞。但需要指出的是：這種新穎的導電濾膜的自凈化能力仍偏低，無法有效降解表面吸附的各種有機污染物或微生物[B.S.Lalia,F.E.Ahmed,T.Shah,N.Hilal,R.Hashaikeh,Desalination 360(2015)8-12.]。

基于氧化物半導體薄膜的光電催化技術近年來越來越得到人們的重視。在電場的輔助下，氧化物半導體電極上的光生載流子的電荷分離效率大大提高，有效促進了電極表面的氧化還原反應，因此在科學研究領域常被用于合成光催化太陽能燃料，如H₂，O₂，以及低分子量的碳氫化合物。部分研究也涉及到降解有機物，但通常采用導電玻璃或不銹鋼基底，無法應用于膜過濾領域[P.S.Shinde,P.S.Patil,P.N.Bhosale,A.Brüger,G.Nauer,M.Neumann-Spallart,C.H.Bhosale,Appl.Catal B:Environ.89(2009)288-294]。將導電濾膜和光電催化兩種技術進行集成，實現濾膜的多功能化，不但能顯著提高濾膜的水處理效率，更能擴大其適用范圍，在工程應用方面有廣泛的應用前景。

本發明通過引入具有光電活性的半導體氧化物材料于導電濾膜中。這種復合了導電物質和半導體材料的濾膜能高通量凈化污水：有害離子可以通過電吸附攔截，而半導體氧化物優越的光電催化性能對濾膜表面污垢進行充分的降解，以此提高膜組件在污染物質的截留性能、膜的自凈化能力，和過濾體系的膜通量。基于兩方面的優點，該復合濾膜能大幅度提高膜的污水凈化能力和資源回收及轉化能力。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供了一種半導體氧化物改性的導電濾膜及其制備方法和應用，具體技術方案如下：