光催化膜分離耦和技術

1、光催化光催化-膜分離耦合技術在膜分離耦合技術在水處理中的應用水處理中的應用高等水處理工程課程作業(yè)講解目錄1234背景篇機理篇應用篇趨勢篇光催化氧化技術優(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)分離技術分離回收，重復利用率低，排出液易產生二次污染。解決懸浮型磁載TiO2光催化劑納米TiO2微球背景篇背景篇膜分離技術 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、設備體積小、操作方便、容易放大等優(yōu)勢。膜污染問題化學清洗人工清洗耗時、耗力背景篇光催化-膜分離耦和技術光催化-膜分離耦合光催化技術膜分離技術保持光催化技術原有優(yōu)勢膜分

2、離充分發(fā)揮其作用解決或緩解制約兩者發(fā)展的問題產生一系列耦和效應 光催化技術機理 主體：納米材料+紫外光機理篇TiOTiO2 2+hv TiO+hv TiO2 2(e(eCBCB-+h-+hVB+VB+) )TiOTiO2 2(h(hVB+VB+)+H)+H2 2O TiOO TiO2 2+H+H+ +OH+OH TiOTiO2 2(h(hVB+VB+)+OH)+OH- -TiOTiO2 2+OH+OH TiOTiO2 2(e(eCBCB- -)+O)+O2 2TiO2+OTiO2+O2 2- - O O2 2- -+H+H+ +OHOH2 2 OHOH2 2+HO+HO2 2HH2 2O O2

3、 2+O+O2 2 TiOTiO2 2(e(eCBCB- -)+ H2O2OH)+ H2O2OH+OH_ +OH_ H H2 2O O2 2+ O+ O2 2- -OHOH+OH+OH- -+O+O2 2 H H2 2O O2 2+hv 2OH+hv 2OH 有機物有機物+OH+OH降解產物降解產物 有機物有機物+ TiO+ TiO2 2(h(hVBVB+ +)氧化產物氧化產物 有機物有機物+ TiO+ TiO2 2(e(eCBCB- -)小分子產物小分子產物機理篇光催化滅菌機理1、紫外光激發(fā)TiO2產生電子-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

4、膜和細胞內的組織導致細菌死亡。2、光生電子或空穴先與水或水中溶解的氧反應，生成OH或HO2等活性氧類，在與細胞壁、細胞膜和細胞內的組成成分發(fā)生化學反應。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差別所表現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滲透，類似于萃取與范萃取的組合。機理篇強化效應強化效應+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充分接觸光催化劑降低污染物質濃度，且在膜表

5、面形成疏水性的濾餅層，減輕膜污染應用篇 應用形式光催化-膜分離耦合形式懸浮型光催化-膜分離耦合工藝負載型光催化-膜分離耦合工藝一體式分置式表面負載內部嵌套應用篇分置式懸浮型光催化-膜分離耦合形式應用篇解立平等研發(fā)的新型一體式光催化氧化-膜分離反應器示意圖應用篇負載型光催化-膜分離耦合示意圖應用篇1黃濤，蔣華兵，張國亮等。炫富泰光催化超濾膜反應器處理4BS染料廢水。水處理技術，2009，35：72-75 2Zhang H，Zhang G L，Yang Z H，etal. Degradation of azo dye wastewater in a TiO2 photo catalysis and

6、 membrane separation Hybrid system. Chinese J Catal,2009,30:679-6843Grzechulska-Damszel J, Tomaszewska M, Morawski A W. Integration of photo catalysis with membrane processes for purification of water contaminated with organic dyes. Desalination, 2009,241:118-126 1Benotti M J, Stanford B D, Wert E C

7、, etal. Evaluation of a photo catalytic reactor membrane pilot system for the removal of pharmaceuticals and endocrine disrupting compounds from water. Water Res, 2009,43:1513-15222Horng R Y, Huang C P, Chang M C,etal. Application of TiO2 photo catalytic oxidation and non-woven membrane filtration h

8、ybrid system for degradation of 4-chlorophenol. Desalination, 2009,245:169-1823Ho D P, Vigneswaran S, Ngo H H. Photo catalysis-membrane hybrid system for organic removal from biologically treated sewage effluent. Sep Purif Technol,2009,68:145-152 1Le-Clech P,Lee E K, Chen V. Hybrid photocatalysis/me

9、mbrane treatment for surface waters containing low concentrations of natural organic matters. Water Res,2006,40:323-3302Tsarenko S A, Kochkodan V M, Samsoni-Todorov A O,etal. Removal of humic substances from aqueous with a phocatalytic membrane reactor. Colloid J,2006,40:323-330目前研究較少應用領域污水處理給水處理偶氮染

10、料有毒有機物地表水天然有機物微生物應用領域應用篇研究內容及程度 涉及機理研究、設備研究（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)良的光催化復合膜的條件。 總體來說，現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。應用篇影響因素水質光催化劑濃度耦合膜pH污染物初始濃度溫度膜材質膜孔徑TMP曝氣應用篇pHv光催化效率 TiO2表面狀態(tài)發(fā)生變化，影響吸附-

11、解吸過程，進而影響光催化氧化過程；降解有機物結構不同，pH變化對其降解過程影響不同。v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，導致歷經變化，對膜通量產生影響；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v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。應用篇v膜污染 污染物對光催化劑和分離膜的吸附和沉積現象明顯，使膜污染傾向增大。溫度v光催化效率 增溫有助于增加傳質速率，促進反應物與TiO2顆粒表面的結合及降解產物的脫附，從而提高光催化效率。v膜通量 通過影響溶液的粘度間接影響膜

12、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。催化劑應用篇懸浮型光催化-膜分離工藝v光催化速率 低于最佳投加量限制反應速率，過高會引起體系中光路的堵塞劑光散射現象的發(fā)生，體系中有效光子數量相對較少，反應速率降低。v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。表面負載型光催化-膜分離工藝v負載牢固程度 負載不牢，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。v負載量應用篇 在一定范圍內，負載層越厚，系統(tǒng)處理效果越好。達到一定厚度再增

13、加時，系統(tǒng)光催化效果基本恒定。TiO2負載厚度對耦合膜收光催化損害的程度有很大影響。v膜材質 要求膜具有一定機械強度和化學穩(wěn)定性。負載型中膜與催化劑間需有較強的結合作用、對被降解污染物有較強吸附性、有利于固-液傳質及良好的透光性。v膜孔徑 孔徑直接影響膜通量，應在保證對目標污染物合適的截留率的前提下，盡量增大膜孔徑。v跨膜壓力（TMP） 壓力增大，膜表面污染層壓實，膜壽命縮短。v曝氣 使催化劑保持懸浮態(tài)；減輕膜污染。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)與應用化學穩(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的吸附機理、降解機理、各種條件對其影響機理，膜污染機理參考

14、文獻1肖羽堂，許雙雙，李志花，安曉紅，周蕾，張永來，Fu Q.Shiang，TiO2光催化-膜分離偶和技術在水處理中的應用研究進 展，科學通報，2010，55（12）1085-10932Sylwia,Photocatalytic membrane reactors(PMRs)in water and wastewater treatment,Separation and Purification Technology73(2010)71-913Mwng Nan Chong, Bo Jin, Christopher W.K. Chow, Chris Saint,Recent developmen

15、ts in photocatalytic water treatment technology:A review, Water Research，44（2010）2997-3027感謝您的關注光催化氧化技術優(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)分離技術分離回收，重復利用率低，排出液易產生二次污染。解決懸浮型磁載TiO2光催化劑納米TiO2微球背景篇光催化氧化技術優(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)分離技術分離回收，重復利用率低，排出液易產生二次污染。解決懸浮型磁載TiO2光催化劑納米TiO2微球背景篇應用篇分置式

16、懸浮型光催化-膜分離耦合形式應用篇研究內容及程度 涉及機理研究、設備研究（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)良的光催化復合膜的條件。 總體來說，現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。參考文獻1肖羽堂，許雙雙，李志花，安曉紅，周蕾，張永來，Fu Q.Shiang，TiO2光催化-膜分離偶和技術在水處理中的應用研究進 展，科學通報，2010，55（12）1085-10932Sylwia,Photocatalytic membrane reactors(PM