光催化膜分離耦和技術(shù)概要

1、光催化光催化-膜分離耦合技術(shù)在膜分離耦合技術(shù)在水處理中的應(yīng)用水處理中的應(yīng)用高等水處理工程課程作業(yè)講解目錄1234背景篇機(jī)理篇應(yīng)用篇趨勢篇光催化氧化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)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

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(chǎn)生一系列耦和效應(yīng) 光催化技術(shù)機(jī)理 主體：納米材料+紫外光機(jī)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(jī)物有機(jī)物+OH+OH降解產(chǎn)物降解產(chǎn)物 有機(jī)物有機(jī)物+ TiO+ TiO2 2(h(hVBVB+ +)氧化產(chǎn)物氧化產(chǎn)物 有機(jī)物有機(jī)物+ TiO+ TiO2 2(e(eCBCB- -)小分子產(chǎn)物小分子產(chǎn)物機(jī)理篇光催化滅菌機(jī)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(xì)菌的細(xì)胞作用，空穴具有非常強(qiáng)的氧化能力，直接氧化細(xì)胞壁、細(xì)胞

4、膜和細(xì)胞內(nèi)的組織導(dǎo)致細(xì)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(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)的組成成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。機(jī)理篇膜分離機(jī)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(jìn)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(dá)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(shí)現(xiàn)滲透，類似于萃取與范萃取的組合。機(jī)理篇強(qiáng)化效應(yīng)強(qiáng)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

5、面形成疏水性的濾餅層，減輕膜污染應(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)部嵌套應(yīng)用篇分置式懸浮型光催化-膜分離耦合形式應(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)器示意圖應(yīng)用篇負(fù)載型光催化-膜分離耦合示意圖應(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 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(yīng)用領(lǐng)域污水處理給水處理偶氮染

10、料有毒有機(jī)物地表水天然有機(jī)物微生物應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用篇研究內(nèi)容及程度 涉及機(jī)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(jī)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(jī)理的研究、光催化劑對有機(jī)物、病毒的降解機(jī)理的研究等； 組合方式研究方面主要探索經(jīng)濟(jì)、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。 總體來說，現(xiàn)今的文獻(xiàn)對工程方面的研究較多，而機(jī)理方面的研究則相對較弱。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曝氣應(yīng)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(jìn)而影響光催化氧化過程；降解有機(jī)物結(jié)構(gòu)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(tuán)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(yīng)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(xiàn)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(zhì)速率，促進(jìn)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。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(yīng)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(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。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(xì)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v負(fù)載牢固程度 負(fù)載不牢，不僅達(dá)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)。v負(fù)載量應(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(dá)到一定厚度再增

13、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。v膜材質(zhì) 要求膜具有一定機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。負(fù)載型中膜與催化劑間需有較強(qiáng)的結(jié)合作用、對被降解污染物有較強(qiáng)吸附性、有利于固-液傳質(zhì)及良好的透光性。v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。v跨膜壓力（TMP） 壓力增大，膜表面污染層壓實(shí)，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(diǎn)催化劑耦合膜機(jī)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(jī)械強(qiáng)度高的耦合膜的制備光催化劑度污染物質(zhì)的吸附機(jī)理、降解機(jī)理、各種條件對其影響機(jī)理，膜污染機(jī)理參考

14、文獻(xiàn)1肖羽堂，許雙雙，李志花，安曉紅，周蕾，張永來，F(xiàn)u Q.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(jìn) 展，科學(xué)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(guān)注背景篇膜分離技術(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、耗力應(yīng)用篇研究內(nèi)容及程度 涉及機(jī)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(jī)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(jī)理的研究、光催化劑對有機(jī)物、病毒的降解機(jī)理的研究等； 組合方式研究方面主要探索經(jīng)濟(jì)、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。 總體來說，現(xiàn)今的文獻(xiàn)對工程方面的研究較多，而機(jī)理方面的研究則相對較弱。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)