[發明專利]一種CdS/MIL-101(Cr)光催化劑改性的PVDF超濾膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910978866.2
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110813099B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 王亞宜;倪凌峰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D65/02;B01D65/08;B01D61/14;B01D71/34;C02F3/12;B01J31/26
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發明涉及一種CdS/MIL?101(Cr)光催化劑改性的PVDF超濾膜及其制備方法與應用，超濾膜中，PVDF作為基體，CdS/MIL?101(Cr)光催化劑作為活性組分，活性組分均勻分布于基體中；改性PVDF超濾膜由包括以下重量份含量的組分制備而成：聚偏氟乙烯17?19份、聚乙烯吡咯烷酮2.5?3.5份、N,N?二甲基乙酰胺76?80份、CdS/MIL?101(Cr)光催化劑0.5?1.5份；改性PVDF超濾膜應用在抗膜有機污染物或抗菌中。與現有技術相比，本發明提供的改性膜親水性高，光催化活性好，在可見光照射下可有效減輕有機污染物造成的膜孔阻塞，且對大腸桿菌為代表的革蘭氏陰性菌和以金黃色葡萄球菌為代表的革蘭氏陽性菌具有良好的殺滅作用，可顯著抑制膜表面生物膜的形成，具有良好的同步抗污染及抗菌效果。

技術領域

本發明屬于水處理中的膜分離技術領域，涉及一種CdS/MIL-101(Cr)可見光光催化劑改性PVDF超濾膜及其制備方法與應用。

背景技術

膜分離技術因具有結構簡單、操作方便、能分離水中各類物質、且能在常溫下進行操作，具有環保節能、低能耗、低成本等優勢，在國內外受到了廣泛的青睞。膜材料是膜分離技術的基礎，是膜技術能否實現工業化的關鍵因素。然而，在膜分離過程中容易產生嚴重的膜污染(有機物污染、無機物污染、生物污染)，導致膜阻力增大及膜通量下降進而導致出水水質惡化。需要加大曝氣量、頻繁清洗，這造成能耗的提高、膜壽命的下降，提高了水處理的成本。因此，膜污染現象，尤其是膜生物污染，是膜分離技術在飲用水及污、廢水處理中廣泛應用的主要障礙。

目前，膜處理技術中常用的膜材料為聚合物膜材料，聚偏氟乙烯(PVDF)因具有優良的化學穩定性、耐輻射性、耐熱性和易成膜等特性，被制成超濾膜產品廣泛應用于水處理領域。但由于其表面能低，制得的膜親水性差，在水處理過程中易被水中的雜質污染，使膜水通量減小且不能恢復，導致在水處理運行過程中，聚偏氟乙烯超濾膜存在易污染、反沖洗和停機清洗時間較多等問題，極大的限制了其在水廠的推廣和使用。已知可通過物理和化學手段來改善膜的抗污染性，目前改性方法主要可分為膜表面改性和膜材料改性兩大類。共混超濾膜改性由于操作簡便、效果好，既容易實現又經濟實惠，一直是獲得新型改性膜材料的常用方法。

半導體光催化技術是一種能有效處理環境污染以及水污染等問題的新興技術手段，在光照條件下，水溶液體系中加入的半導體光催化劑吸收光能使得價帶上的電子被激發到導帶從而形成電子空穴對，可誘導產生高活性的基團(如羥基自由基·OH)，由此產生的基團具有極強的氧化性可以氧化有機物分子并降解有機污染物；由于其高效、節能、清潔、無毒等優勢，半導體光催化降解污染物技術已成為環境領域研究的熱點，且該技術對膜表面污染物可能有良好的降解效果。已有報導將紫外光催化劑(如TiO₂)通過共混改性引入PVDF鑄膜體系，在紫外光的照射下，提高膜的光催化效率。然而這種紫外光催化劑改性的復合膜僅在紫外光的照射下具有較好的抗污染性能，而紫外光僅占太陽光譜的4％，其高耗能和高成本成為紫外光光催化劑在膜的共混改性應用中的主要問題。因此，可見光光催化材料成為近年來光催化領域研究的熱點之一。在各種半導體材料中，硫化鎘(CdS)由于其良好的可見光相應能力成為最受關注的可見光光催化材料之一。然而CdS易發生團聚和光腐蝕現象，從而限制了其廣泛的應用。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術中復合光催化分離膜存在的缺陷和不足，而提供一種CdS/MIL-101(Cr)光催化劑改性的PVDF超濾膜及其制備方法與應用。通過采用新型可見光光催化劑CdS/MIL-101(Cr)替代紫外光光催化劑對PVDF膜進行共混改性，使制備的改性PVDF膜在可見光的照射下具有良好的抗污染和抗菌性能，從而以節能、環保、可持續的方式解決PVDF膜在水處理過程中的生物污染問題。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種CdS/MIL-101(Cr)光催化劑改性的PVDF超濾膜，該超濾膜中，PVDF作為基體，CdS/MIL-101(Cr)光催化劑作為活性組分，所述的活性組分均勻分布于基體中。