[发明专利]一种具有催化功能的陶瓷超滤膜及其制备方法与应用

说明书

本发明属于膜材料制备和水处理技术领域，具体涉及一种具有催化功能的陶瓷超滤膜及其制备方法与应用。本发明提供的具有催化功能的陶瓷超滤膜包括支撑层及覆于所述支撑层表面的分离层；所述支撑层具有内部孔道，催化剂以裸露的形式负载于内部孔道的表面；所述分离层的平均孔径≤0.1μm，催化剂以均匀分散的形式负载于分离层内。本案通过控制催化剂在支撑层内的负载方式和负载形式，使催化剂的反应位点得到充分暴露，提高其催化活性，同时又不影响支撑层的机械强度，实现支撑作用；本发明还通过调控分离层浆料的组成及颗粒粒径，结合合适的煅烧温度，使所得陶瓷超滤膜具有优异的拦截分离功效并进一步提高催化效果，显著优于现有陶瓷超滤膜。

技术领域

本发明属于膜材料制备和水处理技术领域，具体涉及一种具有催化功能的陶瓷超滤膜及其制备方法与应用。

背景技术

膜分离技术凭借分离效率高、操作简便、占地面积小等优点，已在工业废水处理、污水深度处理以及饮用水处理中得到广泛运用。但随着膜过滤长期运行，膜污染问题严重影响膜过滤过程，不仅增加了膜过滤阻力，降低通量，增加运行能耗，更重要的是会影响工艺的运行稳定性，威胁工艺安全。

膜分离技术包括微滤、超滤、反渗透等，其中超滤的应用最为广泛。同微滤相比，超滤对悬浮和胶体颗粒物的去除精度更高，抗膜污染能力更强，但对于有机物的去除能力非常有限。

为解决上述问题，现有技术提出将超滤与臭氧氧化相结合的处理方案，如此既可以显著缓解膜污染问题，又可以提高对有机物等污染物的去除效果。

相比于有机高分子膜，无机陶瓷膜更适合与臭氧结合，其具有耐氧化、耐腐蚀、化学稳定性好、机械强度高等优点。然而目前市售常见的陶瓷膜多为微滤膜，其分离精度相对较低，且催化能力十分有限，去除难降解有机物的效果相对较差。

为此，现有技术提出通过表面负载的方式将催化剂固定在陶瓷膜上来提高其催化能力，从而显著缓解膜污染问题，同时还解决臭氧催化体系中催化剂回收难的问题。然而，由于陶瓷膜表面催化层较薄，可能导致臭氧与催化剂接触时间过短，催化效果有限；此外，在长期运行过程中，表面催化剂会出现脱落、流失等问题，稳定性欠佳。

CN107324780A公开了一种改变催化剂负载状态的平板催化陶瓷膜，其结构包括上层的分离层和下层的支撑层；通过在支撑层和分离层中分别掺杂不同比例、不同粒径的催化剂，形成“提子面包”式的嵌入式结构特点。这种嵌入式结构可使催化剂与周边基体具有较大的接触面积，保证了催化剂的机械稳定性，解决了催化剂机械稳定性与陶瓷膜本体的匹配性问题，但在陶瓷膜的催化和分离功效方面改善效果十分有限，实际应用效果并不理想。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种具有催化功能的陶瓷超滤膜及其制备方法。本发明所述的陶瓷超滤膜兼具优异的拦截分离功效和更高的催化效果，且机械性能好，可显著提高污水处理效果。

第一方面，本发明提供的具有催化功能的陶瓷超滤膜，包括：支撑层及覆于所述支撑层表面的分离层；

所述支撑层具有内部孔道，催化剂以裸露的形式负载于内部孔道的表面；

所述分离层的平均孔径≤0.1μm，催化剂以均匀分散的形式负载于分离层内。

本发明发现，现有陶瓷膜实际催化和分离效果不理想的主要原因是催化剂无法发挥正常功效。现有陶瓷膜通常是由陶瓷基料直接与催化剂掺混，经烧结处理后得到的；而在烧结过程中，催化剂与陶瓷基料在高温条件下会发生形态变化，例如陶瓷基料氧化铝很容易将催化剂包裹，或者陶瓷基料与催化剂熔合成整体，从而破坏了催化剂的形貌且掩盖催化剂的反应位点，造成催化剂无法发挥正常功效，所得陶瓷膜的催化效果相应大大降低。