光催化膜分離耦和技術(shù)第1頁/共24頁講解目錄1234背景篇機理篇應(yīng)用篇趨勢篇第2頁/共24頁光催化氧化技術(shù)優(yōu)點高效、節(jié)能、適用范圍廣。光催化劑懸浮使用時效果最佳。不足光催化劑不易被傳統(tǒng)分離技術(shù)分離回收，重復(fù)利用率低，排出液易產(chǎn)生二次污染。解決懸浮型磁載TiO2光催化劑納米TiO2微球背景篇第3頁/共24頁背景篇膜分離技術(shù)

通過膜表面的微孔截留作用分離水中污染物，無相變和二次污染，可常溫操作，具有能耗低、設(shè)備體積小、操作方便、容易放大等優(yōu)勢。膜污染問題化學(xué)清洗人工清洗耗時、耗力第4頁/共24頁背景篇光催化-膜分離耦和技術(shù)光催化-膜分離耦合光催化技術(shù)膜分離技術(shù)保持光催化技術(shù)原有優(yōu)勢膜分離充分發(fā)揮其作用解決或緩解制約兩者發(fā)展的問題產(chǎn)生一系列耦和效應(yīng)第5頁/共24頁光催化技術(shù)機理主體：納米材料+紫外光機理篇TiO2+hv→TiO2(eCB-+hVB+)TiO2(hVB+)+H2O→TiO2+H++OH?TiO2(hVB+)+OH-→TiO2+OH?TiO2(eCB-)+O2→TiO2+O2?-

O2?-+H+→OH2?OH2?+HO2?→H2O2+O2

TiO2(eCB-)+H2O2→OH?+OH_H2O2+O2?-→OH?+OH-+O2

H2O2+hv→2OH?有機物+OH?→降解產(chǎn)物有機物+TiO2(hVB+)→氧化產(chǎn)物有機物+TiO2(eCB-)→小分子產(chǎn)物第6頁/共24頁機理篇光催化滅菌機理1、紫外光激發(fā)TiO2產(chǎn)生電子-空穴對，再直接或間接與細菌的細胞作用，空穴具有非常強的氧化能力，直接氧化細胞壁、細胞膜和細胞內(nèi)的組織導(dǎo)致細菌死亡。2、光生電子或空穴先與水或水中溶解的氧反應(yīng)，生成OH·或HO2·等活性氧類，在與細胞壁、細胞膜和細胞內(nèi)的組成成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。第7頁/共24頁機理篇膜分離機理推動力：濃度差、壓力差、電位差滲析式膜分離料液中的某些溶質(zhì)或離子在濃度差、電位差推動下，透過膜進入接受液。（滲析、電滲析）過濾式膜分離利用組分分子的大小和性質(zhì)差別所表現(xiàn)出透過膜的速率差別，達到組分分離。（超濾、微濾、反滲透）液膜分離液膜與料液和接受液互不混溶，液液兩相通過液膜實現(xiàn)滲透，類似于萃取與范萃取的組合。第8頁/共24頁機理篇強化效應(yīng)+光催化膜分離增大污染物的停留時間，使光催化劑與污染物質(zhì)充分接觸光催化劑降低污染物質(zhì)濃度，且在膜表面形成疏水性的濾餅層，減輕膜污染第9頁/共24頁應(yīng)用篇應(yīng)用形式光催化-膜分離耦合形式懸浮型光催化-膜分離耦合工藝負(fù)載型光催化-膜分離耦合工藝一體式分置式表面負(fù)載內(nèi)部嵌套第10頁/共24頁應(yīng)用篇分置式懸浮型光催化-膜分離耦合形式第11頁/共24頁應(yīng)用篇解立平等研發(fā)的新型一體式光催化氧化-膜分離反應(yīng)器示意圖第12頁/共24頁應(yīng)用篇負(fù)載型光催化-膜分離耦合示意圖第13頁/共24頁應(yīng)用篇[1]黃濤，蔣華兵，張國亮等。炫富泰光催化超濾膜反應(yīng)器處理4BS染料廢水。水處理技術(shù)，2009，35：72-75[2]ZhangH，ZhangGL，YangZH，etal.DegradationofazodyewastewaterinaTiO2photocatalysisandmembraneseparationHybridsystem.ChineseJCatal,2009,30:679-684[3]Grzechulska-DamszelJ,TomaszewskaM,MorawskiAW.Integrationofphotocatalysiswithmembraneprocessesforpurificationofwatercontaminatedwithorganicdyes.Desalination,2009,241:118-126[1]BenottiMJ,StanfordBD,WertEC,etal.Evaluationofaphotocatalyticreactormembranepilotsystemfortheremovalofpharmaceuticalsandendocrinedisruptingcompoundsfromwater.WaterRes,2009,43:1513-1522[2]HorngRY,HuangCP,ChangMC,etal.ApplicationofTiO2photocatalyticoxidationandnon-wovenmembranefiltrationhybridsystemfordegradationof4-chlorophenol.Desalination,2009,245:169-182[3]HoDP,VigneswaranS,NgoHH.Photocatalysis-membranehybridsystemfororganicremovalfrombiologicallytreatedsewageeffluent.SepPurifTechnol,2009,68:145-152[1]Le-ClechP,LeeEK,ChenV.Hybridphotocatalysis/membranetreatmentforsurfacewaterscontaininglowconcentrationsofnaturalorganicmatters.WaterRes,2006,40:323-330[2]TsarenkoSA,KochkodanVM,Samsoni-TodorovAO,etal.Removalofhumicsubstancesfromaqueouswithaphocatalyticmembranereactor.ColloidJ,2006,40:323-330目前研究較少應(yīng)用領(lǐng)域污水處理給水處理偶氮染料有毒有機物地表水天然有機物微生物應(yīng)用領(lǐng)域第14頁/共24頁應(yīng)用篇研究內(nèi)容及程度涉及機理研究、設(shè)備研究（即組合方式研究）和操作條件優(yōu)化的研究。在機理方面，主要包括懸浮態(tài)光催化-膜分離耦合工藝中膜污染機理的研究、光催化劑對有機物、病毒的降解機理的研究等；組合方式研究方面主要探索經(jīng)濟、簡便的最佳組合工藝；操作條件的研究旨在找出影響組合工藝處理效果因素的最佳條件，以及制備性能優(yōu)良的光催化復(fù)合膜的條件?？傮w來說，現(xiàn)今的文獻對工程方面的研究較多，而機理方面的研究則相對較弱。第15頁/共24頁應(yīng)用篇影響因素水質(zhì)光催化劑濃度耦合膜pH污染物初始濃度溫度膜材質(zhì)膜孔徑TMP曝氣第16頁/共24頁應(yīng)用篇pH光催化效率TiO2表面狀態(tài)發(fā)生變化，影響吸附-解吸過程，進而影響光催化氧化過程；降解有機物結(jié)構(gòu)不同，pH變化對其降解過程影響不同。膜通量與膜阻力pH變異引起懸浮體系中催化劑顆粒團聚或分散，導(dǎo)致歷經(jīng)變化，對膜通量產(chǎn)生影響；不同pH下，污染物分子與膜光催化層間靜電吸引不同，影響膜表面污染物的吸附量。污染物初始濃度光催化效率濃度增大將影響紫外光的透過性，污染物本身對紫外光有吸收，過大濃度將造成光催化效率降低。第17頁/共24頁應(yīng)用篇膜污染污染物對光催化劑和分離膜的吸附和沉積現(xiàn)象明顯，使膜污染傾向增大。溫度光催化效率增溫有助于增加傳質(zhì)速率，促進反應(yīng)物與TiO2顆粒表面的結(jié)合及降解產(chǎn)物的脫附，從而提高光催化效率。膜通量通過影響溶液的粘度間接影響膜通量。溫度越高，粘度越低，在膜上易形成紊流，沖散濃差極化與濾餅層，減小過膜阻力，提高膜通量。催化劑第18頁/共24頁應(yīng)用篇懸浮型光催化-膜分離工藝光催化速率低于最佳投加量限制反應(yīng)速率，過高會引起體系中光路的堵塞劑光散射現(xiàn)象的發(fā)生，體系中有效光子數(shù)量相對較少，反應(yīng)速率降低。膜通量投加量對膜通量影響不大，投加量增加時，顆粒間更易發(fā)生凝聚，粒徑增大，從而在膜表面形成較疏松的沉積層，阻止細小顆粒直接吸附在膜表面和膜孔內(nèi)。表面負(fù)載型光催化-膜分離工藝負(fù)載牢固程度負(fù)載不牢，不僅達不到催化劑回收利用的目的，且降低光催化效率，影響出水水質(zhì)。負(fù)載量第19頁/共24頁應(yīng)用篇在一定范圍內(nèi)，負(fù)載層越厚，系統(tǒng)處理效果越好。達到一定厚度再增加時，系統(tǒng)光催化效果基本恒定。TiO2負(fù)載厚度對耦合膜收光催化損害的程度有很大影響。膜材質(zhì)要求膜具有一定機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性。負(fù)載型中膜與催化劑間需有較強的結(jié)合作用、對被降解污染物有較強吸附性、有利于固-液傳質(zhì)及良好的透光性。膜孔徑孔徑直接影響膜通量，應(yīng)在保證對目標(biāo)污染物合適的截留率的前提下，盡量增大膜孔徑?？缒毫Γ═MP）壓力增大，膜表面污染層壓實，膜壽命縮短。曝氣使催化劑保持懸浮態(tài)；減輕膜污染。第20頁/共24頁趨勢篇今后研究重點催化劑耦合膜機理改性及不同形貌催化劑的研發(fā)與應(yīng)用化學(xué)穩(wěn)定性好，機械強度高的耦合膜的制備光催化劑度污染物質(zhì)的吸附機理、降解機理、各種條件對其影響機理，膜污染機理第21頁/共24頁參考文獻[1]肖羽堂，許雙雙，李志花，安曉紅，周蕾，張永來，F(xiàn)uQ.Shiang，TiO2光催化-膜分離偶和技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究進展，科學(xué)通報，2010，55（12）1085-1093[2]Sylwia,Photocatalyticmembranereactors(PMRs)inwaterandwastewatertreatment,SeparationandPurification