TiO2-石墨烯/聚砜膜的研发及其净化水中有机污染物机理研究

Water quality and safety problems caused by the complexity of the water pollution bring a great challenge for drinking water treatment technology. Among them, the theory and application of membrane in water treatment has become a hot topic. This topic is studying on the hydrophilic catalytic particle (TiO2-Graphene) and the mechanism of action of organic polymer contacted with the features of organic pollution lake water, Optimizing the preparation method of TiO2-Graphene/polysulfone membrane based on the principle of phase conversion; exploring the adsorption, separation, and catalysis of TiO2- Graphene/polysulfone membrane for natural organic matters under the UV light catalytic condition; explaining the mechanism of TiO2-Graphene/polysulfone membrane system to remove organic pollutants based on the intermediate analysis of typical pollution degradation. Studying on the apply conditions of UV catalytic TiO2- Graphene/polysulfone membrane system. Establishing the new technology contact with the existing process; Building the efficient water purification process to applicable to new water purification process; Providing a theoretical basis and technical support for the new membrane water treatment technology.

水源污染复杂性带来的水质安全问题给我国饮用水处理技术带来严峻的挑战，其中，膜法水处理技术的理论与应用研究已成为业内关注的热点问题。本课题针对湖泊水中有机污染特征，研发一种将亲水性催化粒子（TiO2-石墨烯）与聚砜杂化超滤新材料，基于两者间作用机制与相转化原理研究，优化并建立TiO2-石墨烯/聚砜膜的制备方法；在紫外光催化条件下，探索TiO2-石墨烯/聚砜膜对天然有机物的吸附、分离和催化氧化机制，结合典型有机污染降解过程中间产物分析，明晰紫外光催化TiO2-石墨烯/聚砜膜系统去除有机污染物机理；研究紫外光催化TiO2-石墨烯/聚砜膜与现有净水方法紧密对接的系统模式及其技术原理，为拓展膜法水处理技术提供理论依据和技术支撑。

水源污染复杂性带来的水质安全问题给我国饮用水处理技术带来严峻的挑战，其中，膜法水处理技术的理论与应用研究已成为业内关注的热点问题。本课题针对湖泊水中有机污染特征，研发一种将亲水性催化粒子（TiO2-石墨烯）与聚砜杂化超滤新材料，基于两者间作用机制与相转化原理研究，优化并建立TiO2-石墨烯/聚砜膜的制备方法；在紫外光催化条件下，探索TiO2-石墨烯/聚砜膜对天然有机物的吸附、分离和催化氧化机制，结合典型有机污染降解过程中间产物分析，明晰紫外光催化TiO2-石墨烯/聚砜膜系统去除有机污染物机理。.以NRGT纳米材料为基础，通过共混改性方法制备NRGT/PSF共混膜，优化制备亲水性及抗污染性能良好NRGT/PSF共混膜。以亚甲基蓝作为污染物，研究NRGT/PSF在光催化条件下对有机污染物的去除性能，采用水热法制备氮掺杂氧化石墨烯二氧化钛（NRGT）纳米复合材料，通过SEM、XPS、UV-vis分析得出，N原子的引入可有效解决TiO2易团聚的问题，并且提高了GO与TiO2之间的相互作用力，避免了TiO2的流失；通过UV-vis分析得出NRGT带隙值为2.4eV。通过各种微观表征及分析手段，对比分析纯PSF、TiO2/PSF、GO/PSF、RGT/PSF、NRGT/PSF膜，表面NRGT/PSF具有良好的指状孔结构，平均孔径可达70.5±1.2nm，孔隙率提高至81.8%，水接触角降低至59.2±1.2°，纯水通量可达到229.1L/(h·m2)，具有良好的亲水性。.NRGT/PSF共混膜结构及性能随着NRGT的投加量增大而提升，当添加量为0.5wt%时（M-3），NRGT/PSF共混膜具有良好的指状孔结构，粗糙度最小，孔隙率达到80.5%；并且，通过ATR-FTIR分析得出，此时M-3共混膜具有较多的亲水性基团；此外，热重分析表明此时共混膜热稳定性最佳；性能测试表明，M-3共混膜纯水通量可达到233.7L/(m2·h)，BSA溶液通量为121.9L/(m2·h)，受污染后纯水通量为215.94L/(m2·h)。纯PSF膜（M-0）通量恢复率为65.3%，膜通量恢复率达到最大，达到92.4%，M-3共混膜抗污染性最强。通过水接触角测试，当添加量为0.8wt%时，PSF超滤膜（M-4）水接触角从88°降至61°。紫外光及太阳光条件下，NRGT/PSF共混膜对亚甲基蓝去除率达到