[发明专利]一种Cu/TiO2

说明书

本发明涉及一种Cu/TiO₂‑NB纳米多孔陶瓷膜及其制备方法与应用。该纳米多孔陶瓷膜为亲水型多孔陶瓷膜，首先采用水热法合成钛酸纳米带，然后利用沉积沉淀法在钛酸纳米带的表面负载金属铜纳米颗粒，最后将定量的Cu/TiO₂纳米带通过压片、煅烧制得。本发明的铜纳米颗粒联结TiO₂纳米带的纳米多孔陶瓷膜，铜纳米颗粒的负载增强了二氧化钛对可见光的吸收，进而提高TiO₂的可见光催化活性，兼具杀菌和分离功能，有利于产水质量的提高和稳定。

技术领域

本发明涉及一种Cu/TiO₂-NB纳米多孔陶瓷膜及其制备方法与应用，属于新型过滤材料技术领域。

背景技术

饮用水中的颗粒杂质和病原微生物对人类的健康构成很大的威胁，人类的很多疾病都是由于水体传播细菌病毒等所致。因此，去除饮用水中的有害微生物及颗粒杂质，保障饮水安全，对维护人类健康极为重要。对于水体中的细菌病毒净化，传统方法有紫外线杀菌灭毒，使用臭氧或含氯、含溴的杀菌剂等，但使用杀菌剂往往会产生有毒的副产物，对人体健康产生新的威胁(Environ.Sci.Technol.201448:11620-11628)。目前，膜分离技术由于可以有效地滤除有害微生物及颗粒杂质，且不产生任何二次污染，在水处理方面有广泛地应用(Science 2011:3712-717)。但是膜分离过程中由于微生物在膜表面的吸附和生长而产生的生物膜溶胀会降低膜通量、产水质量和膜的使用寿命，一直是膜分离技术亟待解决的问题之一(J.Mater.Chem. 201020:4567-4586)。目前的解决策略之一是设计组装多功能抗菌膜；另一种方法是在膜的表面修饰杀菌剂，如在膜表面或膜中嵌入杀菌的纳米金属颗粒(Chem.Sci.20167:5126-5131)。

纳米二氧化钛(TiO₂)材料具有光催化活性，可在紫外光照射下杀灭水体中的细菌病毒。其中一维TiO₂纳米结构，如纳米带，由于其高的长径比和比表面积，很容易集成组装为多孔膜。这种膜具有高孔隙率和均匀的孔结构，其应用于水处理中显示了高膜通量和高选择性 (Environ.Sci.2016 2:17-42)。另外，金属铜是已被人类发现并应用数千年的广谱杀菌金属 (Antimicrob.Agents Chemother.200751:2605-2607)。目前已证明，金属铜表面、铜纳米颗粒、氧化铜和氧化亚铜纳米颗粒、铜离子等均具有很好的抗微生物活性，包括细菌、真菌和病毒等(ACS Nano20126:1609-1618)。美国和欧盟已认可铜为可应用于医疗卫生及公共生活领域中的杀菌材料(J.Mater.Chem.B2016 4:1296-1309)。

目前，基于二氧化钛纳米带表面负载铜纳米颗粒为原材料，兼具杀菌灭毒和微孔过滤双重功能的纳米多孔陶瓷膜尚未见任何文献报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种Cu/TiO₂-NB纳米多孔陶瓷膜及其制备方法与应用，本发明的陶瓷膜负载铜纳米颗粒的TiO₂纳米带赋予二氧化钛杀菌性能，解决膜生物溶胀的技术难题，提高膜的性能和产水质量。

本发明的技术方案如下：

一种Cu/TiO₂-NB纳米多孔陶瓷膜，所述的陶瓷膜为铜纳米颗粒联结TiO₂纳米带的二氧化钛纳米多孔陶瓷膜，其中，金属铜的负载量为1-20％，膜的平均孔径为100～500nm；当管路压力为1～5bar时，膜通量为1～10L·h^-1·m^-2。

根据本发明优选的，金属铜的负载量为5-10％。