[发明专利]一种壳聚糖改性的纳米TiO2

说明书

本发明涉及一种壳聚糖改性的纳米TiO₂光催化超滤膜在有机废水处理中的应用，属于膜分离和水处理技术领域。针对传统纳米TiO₂易团聚，且复合于分离膜上易不断流失的技术问题，本发明开发出了一种改进的TiO₂光催化超滤膜，将其应用于有机废水处理。本发明改进的TiO₂光催化膜通过氨基硅烷偶联剂为桥梁，在纳米TiO₂表面接枝疏松的交联壳聚糖，能有效打开纳米TiO₂粒子的团聚，使其在分离膜上高度分散，且其粒径较未改性的膨胀了3‑5倍，有效阻止光催化膜运行中纳米TiO₂的流失。本发明的改性光催化超滤膜在废水处理过程中能维持分离膜的长时间高效稳定运行，运行10h后水通量衰减系数远低于未改性的分离膜，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖改性的纳米TiO₂光催化超滤膜在有机废水处理中的应用，属于膜分离和有机废水处理技术领域。

背景技术

膜制备和应用领域中，单一功能的膜分离技术已经难以满足社会工业生产和环境污染防治日益提高的技术需求。尤其是在水处理应用领域，尽管膜分离技术一直作为一种快速、高效、实用的技术而应用于不同水质条件和不同需求的水污染防治工程，但因其功能单一，已经严重制约膜分离技术的更广泛应用和深入推广。因此具有多功能的新型膜分离技术的研制、开发、应用和推广是膜工业发展不可忽视的前沿方向。

作为一门新兴的污染治理技术，光催化降解有机污染物正受到越来越多的重视。它应用于降解环境有机污染物具有将大部分有机污染物完全转化成水、二氧化碳等即完全矿化的能力。光催化剂本身的成本相对低廉，且化学性质稳定、无毒、环境友好。将光催化技术与膜分离技术进行耦合，能够有效克服单个处理工艺的技术缺陷，近年来逐渐成为国内外学者研究的热点。TiO₂半导体光催化剂是最早发现的一种光催化剂，其能在紫外光照射下与H₂O、O₂或OH^-作用产生包括羟基自由基在内的活性氧物种，羟基自由基能彻底将几乎所有的有机物降解为H₂O、CO₂等无机小分子，且其价格低廉、安全无毒，也是最常用的一种光催化剂。将TiO₂光催化负载于分离膜能够充分发挥膜的分离特性和光催化剂的降解效应，将废水中的有机物进行快速有效的相分离和矿化，从而提升分离膜的分离性能和抗污染性能。

传统溶胶凝胶法制备的纳米级的TiO₂尽管具备较高的光催化性能，但因其粒径小于大多废水处理分离膜的孔径，复合后所得光催化膜在分离过程中纳米TiO₂会不断的流失，影响光催化膜的稳定运行。且由于纳米级的TiO₂的表面能相对较高，粒子极易团聚，在分离膜中无法分散均匀，限制了其在分离膜中的光催化性能。

本发明针对上述技术问题，开发出了一种改进的TiO₂光催化超滤膜，将其应用于有机废水处理。本发明的改进的TiO₂光催化超滤膜通过氨基硅烷偶联剂为桥梁，在纳米TiO₂表面接枝疏松的交联壳聚糖，得到的改性纳米TiO₂粒子能有效分散开，且其粒径较未改性的膨胀了3-5倍，有效阻止光催化膜运行中纳米TiO₂的流失。同时，无机粒子TiO₂和改性物质壳聚糖均能改善超滤膜的亲水性，进一步提升膜的抗污染性能。本发明的光催化超滤膜在有机废水处理过程中，废水处理效率高，光催化超滤膜能长时间稳定运行，具有广泛的应用前景。

发明内容