可見光響應(yīng)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(shù)由于其處理效果好，運(yùn)行操作簡單，無需添加化學(xué)試劑而廣泛的應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域中。但是，傳統(tǒng)的膜分離技術(shù)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(dǎo)致膜污染等問題。光催化技術(shù)與膜分離技術(shù)相結(jié)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(fù)合及較低的光能利用率制約著光催化膜耦合技術(shù)在水處理領(lǐng)域中的進(jìn)一步應(yīng)用。
　　本研究制備出g-C3N4/CNTs/Al2O3光電分離膜。以Al2O3無機(jī)

2、陶瓷膜為基底，通過真空抽濾的方法負(fù)載一層碳納米管(CNTs)作為導(dǎo)電層，通過浸漬提拉的方法在CNTs周圍包裹一層可響應(yīng)可見光的g-C3N4光催化劑作為光催化功能層。
　　本試驗(yàn)分別考察 g-C3N4/CNTs/Al2O3光電分離膜對苯酚、天然有機(jī)物、大腸桿菌及實(shí)際地表水的處理效果。結(jié)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(qiáng)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(dú)的光催化膜過程下和單獨(dú)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(jī)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(jī)物去除效果。光電催化膜過程中，運(yùn)行60 min后膜通量的穩(wěn)定值是單獨(dú)的光催化膜過程和單獨(dú)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(yùn)行10 min后幾乎全被去除。此外，光電催

4、化膜過程在處理實(shí)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(yùn)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(dá)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(shí)驗(yàn)對整個反應(yīng)過程進(jìn)

5、行了機(jī)理分析。在可見光的照射下，g-C3N4光催化層產(chǎn)生光生電子-空穴對。當(dāng)將正電壓加在CNTs導(dǎo)電層后，光催化層產(chǎn)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(fù)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(yīng)生成強(qiáng)氧化性活性基團(tuán)如羥基自由基(?OH)，進(jìn)而對污染物進(jìn)行礦化。由于光生電子-空穴對的有效分離，g-C3N4/CN