[发明专利]一种Ag/BiOBr光催化-膜蒸馏反应系统

说明书

技术领域

本发明属于Ag/BiOBr光催化-膜蒸馏反应系统的设计以及应用技术领域，涉及反应器的组装以及在污水处理中的应用。

背景技术

光催化技术因可利用太阳能解决环境污染和能源问题而备受青睐。但是光催化降解有机污染物的过程中所形成的部分中间有机产物以及最终的无机离子却难以完全去除，对水体仍较大的危害性，因此有必要将光催化过程与其它技术联用以获得完全净化的水，保障安全的水环境。膜分离技术可将污染物与水分离，在实际应用中得到广泛关注。其中，膜蒸馏技术相对于其它压力驱动型膜分离技术如纳滤膜、微滤膜、超滤膜等可更有效地将有机污染物及无机离子浓缩并与水分离，但是仍因无法完全消除污染物而具有一定的局限性。将光催化技术与膜蒸馏技术联用不仅可显著提高有机污染物降解速率，同时使得水与有机物污染物及反应产物高效分离，从而可得到干净的水。这一协同技术拓展了废水治理的研究领域，具有广阔的应用前景。

传统的二氧化钛光催化剂因存在可见光吸收范围窄、量子效率低等问题限制了其广泛应用，因此迫切需要开发窄禁带可见光催化剂材料。BiOBr以及贵金属Ag修饰的BiOBr可见光催化剂由于具有较宽的光吸收范围、较高的光生电子和空穴的分离效率而广受关注。与此同时，开发薄膜催化剂可解决粉体催化剂难以回收以及易于堵塞薄膜孔道的问题并可重复使用。目前已有多种应用薄膜材料构建的光催化反应器，如环形反应器、泰勒漩涡反应器、流动床反应器及固定床斜板反应器等，但是对光的利用率以及控制催化剂的流失等方面仍有待进一步提高。

针对上述诸多问题，本发明将Ag/BiOBr可见光催化薄膜反应模块与直接接触式膜蒸馏模块结合，设计了光催化-膜蒸馏反应器并应用于模拟染料废水苦酮酸的降解。光催化剂制备方法简便可行，光催化薄膜活性高、稳定性好，膜蒸馏过程显著加速了有机污染物降解速率，同时使得水与有机物污染物及反应产物高效分离，从而可得到干净的水。本发明拓展了废水治理的研究领域，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种Ag/BiOBr光催化薄膜及制备方法和Ag/BiOBr光催化-膜蒸馏反应系统。光催化剂制备方法简便可行，光催化薄膜活性高、稳定性好，膜蒸馏过程显著加速了有机污染物降解速率，同时使得水与有机物污染物及反应产物高效分离，从而可得到干净的水，其拓展了废水治理的研究领域，具有广阔的应用前景。

一种Ag/BiOBr光催化-膜蒸馏反应系统，所述光催化反应器中将两面生长Ag/BiOBr光催化薄膜的载玻片垂直直立于卡槽并浸没于溶液中，采用LED灯在玻璃两面同时光照，提高光利用率。在膜蒸馏过程中使用聚四氟乙烯疏水性薄膜，使得蒸馏膜的渗透侧得到纯净的水。所述的Ag/BiOBr光催化-膜蒸馏反应系统，其特征在于，所述光催化反应装置还包括LED灯，置于光催化反应器外部直接照射载玻片两侧。其设于所述卡槽的两侧。

所述的Ag/BiOBr光催化-膜蒸馏反应系统，其特征在于，所述LED灯的波长为420nm。

所述的Ag/BiOBr光催化-膜蒸馏反应系统，其特征在于，还包括膜蒸馏反应器、渗透侧泵、污水侧泵、集水罐及储水罐，且所述光催化反应器设有一进水口和一出水口，且所述光催化反应器的进水口设于所述光催化反应器的底部，所述光催化反应器的出水口设于所述光催化反应器的顶部，反应器与储水罐连接，且液面高于储水罐以确保反应器中水位恒定。两台循环泵分别带动蒸馏膜两侧的污水及冷却水进行循环，并保持两侧的温差以调变蒸汽压差，使得污水中仅挥发的水蒸气可通过聚四氟乙烯膜渗透至冷却水侧，并收集经过分离的净水。

所述膜蒸馏反应器设有蒸馏膜，且所述蒸馏膜为疏水性聚四氟乙烯薄膜，固定于边框为有机玻璃的模块中，薄膜的孔隙率为80％，接触角为145±5°。

所述Ag/BiOBr薄膜通过以下方制备得到：

(1)制备BiOBr薄膜：于乙二醇中加入五水硝酸铋搅拌，完全溶解后加入异丙醇后继续搅拌，再加入1-十六烷基三甲基咪唑离子液体搅拌,将所得溶液倒入水热釜中并垂直放入载玻片，于160℃下保持8h后自然冷却至室温，用去离子水及无水乙醇震荡清洗载玻片表面1h，于400℃下焙烧，载玻片升温速率为2℃/min，即可得到BiOBr薄膜；

(2)制备Ag/BiOBr薄膜：将步骤(1)制备好的BiOBr薄膜放入盛有甲醇的培养皿中，之后加入AgNO3溶液，AgNO3溶液的加入量与步骤(1)中五水硝酸铋加入量的比例为Ag/Bi摩尔比为0～6.0％，在365nm的紫外光下光还原，即可得到沉积Ag纳米粒子的Ag/BiOBr薄膜。