[发明专利]一种臭氧催化功能陶瓷膜及其制备方法和循环涂覆装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能化陶瓷膜及其制备和循环涂覆装置，涉及膜材料制备技术领域。

背景技术

随着膜材料制备水平不断提高，应用成本不断下降，膜技术作为21世纪的水处理技术，在水处理行业中正进入规模化应用的时代。水处理过程中，在膜前选择适当的预处理技术，能显著提高膜单元去除污染物效能，同时有效地缓解膜污染。众多预处理技术当中，臭氧预氧化被认为是一种十分高效的膜前预处理技术。大量的研究与工程实践也证明，臭氧预氧化能够有效减轻膜污染并提高膜单元去除有机污染物的效能。同时，需要注意的是，并不是所有的膜都适合与臭氧联用，臭氧预氧化对膜材料具有一定的要求，所使用的膜材料均要求具备较强的耐氧化性能。与传统有机膜相比，陶瓷膜具有机械强度大、耐高温、耐酸碱、耐氧化和寿命长等一系列优势，尤其是在与臭氧联用时，能充分的发挥其耐氧化的优势，这是传统有机膜所不可比拟的。

另一方面，在臭氧水处理技术中，臭氧对有机物的降解主要有两种途径：一种是臭氧分子的直接氧化作用，而另一种是依靠臭氧分解后产生的羟基自由基(·OH)，间接地与水中有机物作用。臭氧分子对有机污染物的直接氧化作用具有选择性，而·OH氧化能力极强，与有机物作用是非选择性的，例如苯类、硝基苯类、羧酸类以及农药类等与臭氧的反应速率较低，但却可以被·OH所降解。普通商品陶瓷膜主要由氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)和氧化钛(TiO₂)等组成，这些金属氧化物具有一定的臭氧催化功能，能促进臭氧的分解以及·OH的产生，一定程度上提高了对有机污染物的降解效率，但对有机物降解的矿化程度还不够高，不能使有机污染物完全矿化。

目前，对陶瓷膜进行改性处理制备多功能陶瓷膜已经引起了研究人员的关注。Karnik等(J Mater Sci,2006,41:6861–6870)通过层层涂覆的方法将三氧化二铁纳米颗粒作为臭氧氧化催化剂负载于陶瓷膜分离层之上；Syafei等(J.Colloid Interface Sci.323,112-119,2008)将二氧化钛纳米颗粒涂覆在氧化铝/氧化钛/氧化锆陶瓷膜表面，进行紫外光催化氧化去除有机污染物；Ma等(J.Membr.Sci.336,109-117,2009)将纳米银颗粒负载于氧化铝陶瓷膜表面，以减轻膜表面的生物污染。此外，CN1546397A公开的《蜂窝陶瓷催化臭氧化分解水中有机物的方法》，以蜂窝陶瓷催化臭氧化的方法分解水中的有机物，但不能实现膜过滤与臭氧催化功能的集成；CN102489172A公开的《一种载体型二氧化钛超滤膜、其制备方法及应用》，是以陶瓷膜作为支撑体，在其表面制备二氧化钛超滤膜层，实现了陶瓷膜负载催化剂并应用于光催化、催化臭氧化、催化双氧水氧化、催化湿式氧化等领域中。但这种催化作用仅仅停留在陶瓷膜表面，陶瓷膜的支撑体没有得到有效利用；CN103736401A公开的《一种用于臭氧催化处理有机废水的无机膜及其制备方法》，主要包括支撑体和膜分离层的制备与改性处理，其特征是在该支撑体和膜分离层表面分别负载了不同类别的催化剂，提高了臭氧的催化效果，但其制备方法相对较为复杂。

有鉴于此，提供一种新型臭氧催化功能陶瓷膜，最大限度的提高陶瓷膜的臭氧催化效能，同时，与陶瓷膜的膜过滤能力有机结合，实现多种功能的集成，在提高有机污染物去除效能的同时，有效地缓解膜污染，这是当前亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有的陶瓷膜存在陶瓷膜的臭氧催化效能低、不能实现膜过滤与臭氧催化功能的集成，无法有效缓解膜污染等问题，进而提供了一种臭氧催化功能陶瓷膜及其制备方法和循环涂覆装置。

本发明主要包括陶瓷膜支撑体的催化改性处理以及陶瓷膜催化层的制备，旨在构建立体多级催化体，同时提升陶瓷膜分离层和支撑层的催化效能，使臭氧催化作用渗透到整个陶瓷膜内部，充分发挥整体的催化作用。本发明采用锰系氧化物制备臭氧催化层，与其他金属氧化物相比，锰系氧化物具有较好的吸附和臭氧催化能力，在提升臭氧催化能力的同时，有效缓解膜污染，实现污染物吸附、臭氧催化氧化和膜分离等多功能的集成。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案如下：

一种臭氧催化功能陶瓷膜，所述陶瓷膜包括作为支撑体的金属负载陶瓷膜基体和作为分离层的锰氧化物催化层，金属负载陶瓷膜基体由管式陶瓷膜制成，金属负载陶瓷膜基体的每个通道内壁上附着有一层锰氧化物催化层。