可見光響應的g-C3N4-CNTs-Al2O3光電分離膜的制備及其水處理性能研究.pdf

1、膜分離技術由于其處理效果好，運行操作簡單，無需添加化學試劑而廣泛的應用于污水處理領域中。但是，傳統(tǒng)的膜分離技術存在著污染物不能徹底分解易造成二次污染，污染物堵塞膜孔導致膜污染等問題。光催化技術與膜分離技術相結合是一種緩解膜污染，徹底降解污染物的有效方法。然而，光生電子-空穴對的快速復合及較低的光能利用率制約著光催化膜耦合技術在水處理領域中的進一步應用。
　　本研究制備出g-C3N4/CNTs/Al2O3光電分離膜。以Al2O3無機

2、陶瓷膜為基底，通過真空抽濾的方法負載一層碳納米管(CNTs)作為導電層，通過浸漬提拉的方法在CNTs周圍包裹一層可響應可見光的g-C3N4光催化劑作為光催化功能層。
　　本試驗分別考察 g-C3N4/CNTs/Al2O3光電分離膜對苯酚、天然有機物、大腸桿菌及實際地表水的處理效果。結果表明，g-C3N4/CNTs/Al2O3光電分離膜在光電催化膜過程中表現(xiàn)出較強的污染物去除效果。在外加電壓為1.0 V時，光電催化膜過程下的苯酚去除

3、率是單獨的光催化膜過程下和單獨的膜分離過程的2.7倍和10.1倍。在對腐殖酸存在條件下的天然有機物去除中，光電催化膜過程表現(xiàn)出較好的抗膜污染性能及有機物去除效果。光電催化膜過程中，運行60 min后膜通量的穩(wěn)定值是單獨的光催化膜過程和單獨的膜分離過程的1.4倍和2.5倍。在對大腸桿菌的去除及抗膜污染方面，光電催化膜過程也表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。光電催化膜過程中，濃度為107 cfu/mL的大腸桿菌在運行10 min后幾乎全被去除。此外，光電催

4、化膜過程在處理實際地表水方面也表現(xiàn)出很好的污染物處理效果和抗膜污染性能。與其他三種運行模式相比，光電催化膜過程對地表水中的 TOC、UV254、濁度和大腸桿菌都表現(xiàn)出較高的去除效果。濁度和大腸桿菌在光電催化膜過程中幾乎被全部去除，TOC和UV254的去除率分別達到了70%和85%。
　　為了更好的理解在外加電壓輔助的條件下 g-C3N4/CNTs/Al2O3光電分離膜在光電催化膜過程中表現(xiàn)出的高的水處理性能，本實驗對整個反應過程進

5、行了機理分析。在可見光的照射下，g-C3N4光催化層產生光生電子-空穴對。當將正電壓加在CNTs導電層后，光催化層產生的光生電子會通過外部電路流向CNTs層并不斷地流向陰極鈦網(wǎng)。這個過程可有效的分離光生電子空穴對，抑制光生電子空穴對的復合。與此同時，空穴會保留在光催化層表面將污染物直接氧化分解為 CO2和 H2O或與水反應生成強氧化性活性基團如羥基自由基(?OH)，進而對污染物進行礦化。由于光生電子-空穴對的有效分離，g-C3N4/CN