[发明专利]一种表面具有二氧化钛层和纳米金颗粒的复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面具有二氧化钛层和纳米金颗粒的复合膜，所述复合膜依次包括基膜、二氧化钛层和纳米金颗粒，纳米金颗粒分散在所述二氧化钛层上，纳米金颗粒的直径0.5‑200nm，每平米所述复合膜上纳米金颗粒的质量为0.03‑0.05g。本发明还公开了所述复合膜的制备方法和应用。本发明在所述二氧化钛层上沉积所述纳米金颗粒，能提高二氧化钛改性层对可见光的吸收能力，解决以二氧化钛为主的复合膜的对可见光的吸收较弱，应用范围受限的问题。且提高自由基的数量，强化化学破坏，进一步提升抗菌效果。本发明复合膜表面的所述纳米金颗粒直径小，用量少，通过沉积极低量的纳米金颗粒即可实现高效的抗菌效果，可降低成本。另外，本发明复合膜还可以用于分解染料。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，特别是涉及一种表面具有二氧化钛纳米棒阵列的复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜污染是世界范围内膜在工业推广中最重要问题。膜污染会引起高操作压力和维护费用，进水损失和产水质量下降，减少服务时间，减少膜寿命等一系列问题。其中细菌污染是一类重要污染源，且细菌若沉积于膜表面，除普通污染的危害之外，还由于其自我繁殖导致菌群数量激增，且代谢产物多样化易造成水质的二次污染，代谢过程易损伤膜结构等危害。

为了防止膜过程过多受细菌污染的影响，目前已经应用的方法是在进水体系中加入强氧化物质。此类抗菌物质的投加，可应用于自来水或工业用水，出于安全考虑，在饮用水处理环节无法使用。此外一些抗菌剂的投加，不仅会造成水质二次污染且长时间使用会使细菌产生抗药性从而失去抗菌功能。

国内外科学家尝试在材料表面改性以提高材料的抗菌特性，其中具有代表性的抗菌膜是氧化钛掺杂的抗菌膜，有较好的抗菌性能，但还存在以下关键问题：(1)氧化钛纳米颗粒与膜表面以物理共混的方式制备掺杂于膜表面，在长期运行过程中抗菌层易脱落造成二次污染；(2)纯氧化钛纳米颗粒对光的吸收主要集中在紫外区和近紫外区，而对可见光的吸收较弱，这导致氧化钛复合物在发挥抗菌作用时主要发挥其亲水降低细菌吸附的作用，而其优越的光照产生自由基灭菌的作用没有得到充分发挥，并且该问题也限制了其应用范围；(3)现有以氧化钛为主的抗菌膜，通常需要光照3-7小时照射才能达到抗菌的效果，抗菌需要时间较长，抗菌效果需要进一步提升。

为了解决以上问题，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种表面具有二氧化钛层和纳米金颗粒的复合膜及其制备方法。本发明制备的二氧化钛纳米金光照抗菌膜其优势显著：首先，抗菌层与基膜结合能力较强，长期运行不易分离，再次，二氧化钛纳米金光照抗菌膜在可利用可见光，然后，复合物具有明显的光催化作用，还可用于分解染料，本发明提供了上述二氧化钛纳米金抗菌膜的制备方法，适用范围广，可用于各类无机膜、有机膜或有机无机杂化膜，且制备方法可控性强。

本发明第一方面提供一种表面具有二氧化钛层和纳米金颗粒的复合膜，所述复合膜依次包括基膜、二氧化钛层和纳米金颗粒，纳米金颗粒分散在所述二氧化钛层上，纳米金颗粒的直径0.5-200nm，每平米所述复合膜上纳米金颗粒的质量为0.03-0.05g。

其中，所述二氧化钛纳米层生长在所述基膜表面，不易脱落。而所述纳米金颗粒结合于二氧化钛层表面，不易脱落。另外，本发明复合膜表面的所述纳米金颗粒直径小，更主要的是用量少，每平米复合膜上纳米金颗粒的质量为0.03-0.05g，通过沉积极低量的纳米金颗粒即可实现高效的抗菌效果，可降低成本。

本发明第二方面提供所述的复合膜的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将基膜置于原子层沉积反应室内，逐层沉积钛前驱体和氧前驱体，使所述基膜表面形成二氧化钛层；

(2)将表面具有二氧化钛层的基膜置于含有牺牲剂和金前驱体的溶液中，在光照下进行沉积，光沉积结束后得到所述复合膜。