[發(fā)明專利]一種表面具有二氧化鈦層和納米金顆粒的復合膜及其制備方法和應用

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• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111821866A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 張蕾;史星星;唐娜;王松博;田桂英;程鵬高;張建平
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D67/00;C02F1/30;B01J31/38;B01J23/52;B01J37/34;C02F101/30
• 代理公司: 北京市領專知識產(chǎn)權代理有限公司 11590
• 代理人: 鐘華;任永利

本發(fā)明公開了一種表面具有二氧化鈦層和納米金顆粒的復合膜，所述復合膜依次包括基膜、二氧化鈦層和納米金顆粒，納米金顆粒分散在所述二氧化鈦層上，納米金顆粒的直徑0.5?200nm，每平米所述復合膜上納米金顆粒的質量為0.03?0.05g。本發(fā)明還公開了所述復合膜的制備方法和應用。本發(fā)明在所述二氧化鈦層上沉積所述納米金顆粒，能提高二氧化鈦改性層對可見光的吸收能力，解決以二氧化鈦為主的復合膜的對可見光的吸收較弱，應用范圍受限的問題。且提高自由基的數(shù)量，強化化學破壞，進一步提升抗菌效果。本發(fā)明復合膜表面的所述納米金顆粒直徑小，用量少，通過沉積極低量的納米金顆粒即可實現(xiàn)高效的抗菌效果，可降低成本。另外，本發(fā)明復合膜還可以用于分解染料。

技術領域

本發(fā)明涉及膜分離技術領域，特別是涉及一種表面具有二氧化鈦納米棒陣列的復合膜及其制備方法和應用。

背景技術

膜污染是世界范圍內(nèi)膜在工業(yè)推廣中最重要問題。膜污染會引起高操作壓力和維護費用，進水損失和產(chǎn)水質量下降，減少服務時間，減少膜壽命等一系列問題。其中細菌污染是一類重要污染源，且細菌若沉積于膜表面，除普通污染的危害之外，還由于其自我繁殖導致菌群數(shù)量激增，且代謝產(chǎn)物多樣化易造成水質的二次污染，代謝過程易損傷膜結構等危害。

為了防止膜過程過多受細菌污染的影響，目前已經(jīng)應用的方法是在進水體系中加入強氧化物質。此類抗菌物質的投加，可應用于自來水或工業(yè)用水，出于安全考慮，在飲用水處理環(huán)節(jié)無法使用。此外一些抗菌劑的投加，不僅會造成水質二次污染且長時間使用會使細菌產(chǎn)生抗藥性從而失去抗菌功能。

國內(nèi)外科學家嘗試在材料表面改性以提高材料的抗菌特性，其中具有代表性的抗菌膜是氧化鈦摻雜的抗菌膜，有較好的抗菌性能，但還存在以下關鍵問題：(1)氧化鈦納米顆粒與膜表面以物理共混的方式制備摻雜于膜表面，在長期運行過程中抗菌層易脫落造成二次污染；(2)純氧化鈦納米顆粒對光的吸收主要集中在紫外區(qū)和近紫外區(qū)，而對可見光的吸收較弱，這導致氧化鈦復合物在發(fā)揮抗菌作用時主要發(fā)揮其親水降低細菌吸附的作用，而其優(yōu)越的光照產(chǎn)生自由基滅菌的作用沒有得到充分發(fā)揮，并且該問題也限制了其應用范圍；(3)現(xiàn)有以氧化鈦為主的抗菌膜，通常需要光照3-7小時照射才能達到抗菌的效果，抗菌需要時間較長，抗菌效果需要進一步提升。

為了解決以上問題，提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種表面具有二氧化鈦層和納米金顆粒的復合膜及其制備方法。本發(fā)明制備的二氧化鈦納米金光照抗菌膜其優(yōu)勢顯著：首先，抗菌層與基膜結合能力較強，長期運行不易分離，再次，二氧化鈦納米金光照抗菌膜在可利用可見光，然后，復合物具有明顯的光催化作用，還可用于分解染料，本發(fā)明提供了上述二氧化鈦納米金抗菌膜的制備方法，適用范圍廣，可用于各類無機膜、有機膜或有機無機雜化膜，且制備方法可控性強。

本發(fā)明第一方面提供一種表面具有二氧化鈦層和納米金顆粒的復合膜，所述復合膜依次包括基膜、二氧化鈦層和納米金顆粒，納米金顆粒分散在所述二氧化鈦層上，納米金顆粒的直徑0.5-200nm，每平米所述復合膜上納米金顆粒的質量為0.03-0.05g。

其中，所述二氧化鈦納米層生長在所述基膜表面，不易脫落。而所述納米金顆粒結合于二氧化鈦層表面，不易脫落。另外，本發(fā)明復合膜表面的所述納米金顆粒直徑小，更主要的是用量少，每平米復合膜上納米金顆粒的質量為0.03-0.05g，通過沉積極低量的納米金顆粒即可實現(xiàn)高效的抗菌效果，可降低成本。

本發(fā)明第二方面提供所述的復合膜的制備方法，其包括以下步驟：

(1)將基膜置于原子層沉積反應室內(nèi)，逐層沉積鈦前驅體和氧前驅體，使所述基膜表面形成二氧化鈦層；

(2)將表面具有二氧化鈦層的基膜置于含有犧牲劑和金前驅體的溶液中，在光照下進行沉積，光沉積結束后得到所述復合膜。