掺硼金刚石复合膜微结构调控及其自清洗机理研究

电化学水处理和膜分离是近年发展起来、环境友好的新型水处理技术，但膜污染制约膜技术的发展，高能耗局限电化学水处理的推广。故本项目创新性提出将膜技术与电化学技术结合，以多孔钛膜为载体，在其表面化学气相沉积掺硼金刚石膜（BDD），对钛膜做表面改性，制备耐腐蚀、抗污染、自清洗的Ti/BDD复合膜材料。处理污水时膜分离起主导作用，同时将复合膜做阳极通以低电压（3v左右），配合普通阴极，利用BDD优异电催化特性，对附着在膜表面及孔内污染物进行电催化降解，实现膜自清洁，保持高通量，解决传统膜材料抗污染性差的缺陷。具体地，以制备适用污水处理的稳定性高、使用寿命长的自清洗复合膜材料为目标，探讨不影响膜通量的复合膜微孔结构调控工艺，考察金刚石膜与钛膜间化学键合的表面界面反应，优化工艺流程，获得微结构调控工艺参数；构造自清洗电化学膜组件，探索电化学清洗与膜分离协同作用机制，优化膜反应器系统，掌握复合膜抗污染机理

在详细讨论各HFCVD工艺参数对金刚石膜沉积质量影响的基础上，得到了适用于电化学膜反应器系统的复合膜制备工艺，对金刚石膜电极无选择性电催化氧化降解有机污染物的反应过程、机理进行了评价表征。自行设计组装了电化学膜反应器组件系统，评价了操作参数对处理结果的影响，建立了电化学耦合膜分离的协同作用模型：由于金刚石膜对基底孔径的调节作用以及金刚石膜特殊的吸附惰性，即使不复合电催化过程，复合膜的抗污染能力也在一定程度上得到提高；耦合电化学清洗过程后，由于金刚石电极为典型的非活性电极，有更多的羟基自由基等强氧化性物质参与膜污染有机物的电催化降解，能够维持膜通量在较长时间内基本不变，实现自清洗，而且出水水质得到改善，膜分离得到强化，金刚石优异特性得到充分发挥。正式发表论文9篇（SCI收录2篇，EI收录7篇），申请发明专利2项，培养人才6人。另有4篇工作论文、3项专利待投稿（待申请）。