论文部分内容阅读
双酚A（BPA）是一种典型的环境内分泌干扰物,作为全球产量最高的化学品之一,大量用于生活用品的制备中,其在1-10 mg·L-1范围内具有急性毒性。水处理技术迅猛发展,出现了如光催化氧化法等新兴技术,该技术对反应环境条件要求较低,常温常压下即可发生,且产物符合绿色化学原理,无二次污染。膜分离技术具备工艺流程简便、运行过程高效、总体能耗较低等优势。TiO2和聚偏氟乙烯（PVDF）是常见的光催化和超滤膜材料,但是TiO2的低可见光利用率和PVDF材料的疏水性限制了二者的应用。本论文以PVDF和金属掺杂改性的TiO2为基础材料,制备了兼具光催化降解水中BPA和膜分离、截留水中BPA功能的Fe（Ⅲ）-TiO2/PVDF复合超滤膜。本文采用微波水热法合成Fe元素掺杂的TiO2,依次对金属盐种类、水热时间、水热温度、金属离子掺杂比进行了优化。以Fe（NO3）3·9H2O和TiO2为原料,在水热反应时间90 min、温度190℃,n（Fe）:n（TiO2）=1:200条件下制备出可见光催化活性最佳的Fe（Ⅲ）-TiO2纳米粒子,模拟可见光照射3 h,对BPA的去除率可达到93.2%。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积（BET）及紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等对Fe（Ⅲ）-TiO2进行表征分析,Fe（Ⅲ）-TiO2是较多锐钛矿型和少量金红石型组合的混合晶型,比表面积为60.60 m2·g-1,平均孔径为26.90 nm,属于大孔和介孔混合材料,光响应范围相比于TiO2出现明显红移。采用相转化法制备了Fe（Ⅲ）-TiO2/PVDF复合膜,通过光催化性能、超滤性能、亲水性能、机械性能和抗污染性能测试,优化了Fe（Ⅲ）-TiO2与PVDF的质量比,制备出Fe（Ⅲ）-TiO2/PVDF-0.10复合膜,模拟可见光照射3 h,对BPA的去除率可达到69.8%,纯水通量为1404 L·m-2·h-1,和PVDF膜相比提高19.6%,对BSA截留率达到97%,水接触角为22.16°,拉伸强度为1.12 MPa。通过SEM、原子力显微镜（AFM）、能谱分析（EDS）、FTIR及热重（TG）等对膜进行结构表征,Fe（Ⅲ）-TiO2/PVDF膜的皮层厚度和孔倾斜程度增大,表面粗糙度降低,热稳定性能增强。构建一种光催化复合超滤膜工艺,分析可见光照、膜吸附、H2O2对BPA去除效果的影响。优化工艺参数,在H2O2浓度为1 mmol·L-1、pH值为4、BPA初始浓度为10 mg·L-1条件下,模拟可见光照射3 h,Fe（Ⅲ）-TiO2/PVDF膜/H2O2/hv体系对BPA的去除率达到65.0%。采用化学试剂清洗被污染的Fe（Ⅲ）-TiO2/PVDF膜,经过pH=11的NaOH溶液清洗30 min后,通量恢复率达到最大值89.7%。Fe（Ⅲ）-TiO2/PVDF-0.10膜重复使用9次后,对BPA的去除率仍保持在60%以上,证明Fe（Ⅲ）-TiO2/PVDF膜具有良好的重复使用性能。