[发明专利]一种光催化-光热膜蒸馏用复合膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种光催化‑光热膜蒸馏用复合膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)复合光热光催化剂的制备；(2)疏水纳米纤维膜的制备；(3)喷涂法制备光催化‑光热层。制备氧化石墨烯/银/氧化铈复合光热光催化剂，将其通过喷涂法固定在纳米纤维膜表面，膜作为催化剂载体，集成了膜的选择透过性、光热转化性能和催化剂的催化活性，使复合膜兼具分离、光热和反应三重功能，同时解决了粉体催化剂难回收的问题。复合膜在光催化‑光热膜蒸馏测试中表现出良好的稳定性、较高的可见光催化活性和高效优异的分离效果。本发明所述的制备光催化‑光热膜蒸馏用复合膜的方法，所需装置简单、可重复性高，在水处理领域具有广阔的应有前景。

技术领域

本发明属于光催化-光热膜蒸馏系统应用技术领域，具体涉及一种光催化-光热膜蒸馏用复合膜的制备方法。

背景技术

染料制造和纺织业的迅速发展，使大量有机染料排放到水中，严重危害着水生环境和人类健康。印染废水具有色度大、温度高、化学需氧量高、可生化性差等特点，染料的去除是废水处理设施面临的挑战。光催化法是近年来高效处理印染废水的新方法，利用光源对污染物进行降解，在光催化过程反应条件温和、无二次污染物，且无毒、能耗低、运行成本低。但是光催化降解产生的中间产物以及一些离子无法根本去除，仍存在一些危害性。光催化剂的发展限制着光催化技术的发展，常见的光催化剂大多数为半导体，包括氧化物，硫化物，磷化物，以及无金属的光催化剂。其中氧化铈(CeO₂)作为较为廉价且用途极其广泛的稀土氧化物，由于其优异的储氧和放氧能力，无毒，没有二次污染等优点，成为一种重要的光催化材料。但是CeO₂存在带隙较宽，对可见光利用率低，只能吸收紫外光部分的波段，和光生电子空穴对易复合等问题。为了提高材料的光催化效率，通常采用贵金属、离子元素掺杂或与其他半导体材料复合的手段，以扩大材料的光吸收范围，并有效抑制光生电子与空穴的复合。由于光催化纳米颗粒难回收，导致在催化剂的容量损失和难循环利用也是迫切需要解决的问题。

水处理中的另一种技术是膜分离技术。膜分离技术在水处理过程中具有简单性、可模块化设计、易于维护和良好的截留率。其中膜蒸馏技术是以高孔隙率疏水膜为分离介质、以膜两侧温度差为驱动力，将清洁水自热污染侧经过“蒸发-传递-冷凝”三步进入冷侧，从而实现净化废水、产出清洁水的一种膜分离工艺，因出水水质高、运行压力低和运行温度低等优点备受关注。近年来报道的光热膜蒸馏过程，通过表面光热转化层在光辅助下提高膜表面温度，以提供热源传质推动力，进一步降低了膜蒸馏过程能耗。光热膜蒸馏是一个完全的物理过程，并不涉及污染物的降解。

将光热膜蒸馏与光催化结合，二者的协同作用便能够显现出来。光催化剂能够有效地降解膜表面沉积的污染物，有效缓解膜污染，而膜能够固定住光催化剂，使光催化剂可以与污染物充分接触，达到降解污染物的效果，实现清洁水与污染物的高效分离，这一技术有效拓宽了水处理技术的研究领域。

针对上述问题，本发明将光催化-光热膜蒸馏技术联用，开发光催化-光热膜蒸馏用复合膜，通过制备氧化石墨烯/银/氧化铈制备复合光热光催化剂，贵金属表面等离子共振效应和氧化石墨烯全光谱吸收特性，扩大了CeO₂催化剂的光吸收范围，并有效抑制光生电子与空穴的复合，使CeO₂光催化活性得到提高。将复合光热光催化剂通过简单的喷涂方法固定在纳米纤维膜表面，利用分离膜作为催化剂固定化的载体，集成了膜的选择透过性、光热转化性能和催化剂的催化活性，使膜兼具光热、反应和分离三重功能，同时利用太阳能使膜两侧产生温度差为驱动力，使产物得以从反应体系中分离。膜能实现连续化运行，提高了催化剂的分散性、稳定性和重复使用性，光催化剂能够有效地降解膜表面沉积的污染物，有效缓解膜污染，实现反应-分离耦合过程的强化，在水处理领域具有十分广阔的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种光催化-光热膜蒸馏用复合膜的制备方法，制备氧化石墨烯/银/氧化铈复合光热光催化剂，将其通过简单的喷涂方法固定在纳米纤维膜表面，开发光催化-光热膜蒸馏用复合膜，用于水处理。

一种光催化-光热膜蒸馏用复合膜的制备方法，包括以下步骤：