[发明专利]一种GO-TiO2

说明书

本发明提供了一种GO‑TiO₂/PVDF复合超滤膜的制备方法，为提高聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜的水通量、亲水性和抗污染性能，本发明以聚乙二醇（PEG）接枝的GO‑TiO₂纳米复合材料为添加剂，通过溶液共混法制备了GO‑TiO₂/PVDF复合超滤膜。GO‑TiO₂/PVDF复合超滤膜的静态接触角为75.4º，孔隙率达到87.50%。添加GO‑TiO₂纳米复合材料有效提高了GO‑TiO₂/PVDF复合超滤膜的亲水性。在0.078MPa的过滤压力下，GO‑TiO₂/PVDF复合超滤膜的纯水通量高达336.75L/m²·h，GO‑TiO₂/PVDF复合超滤膜对（BSA）的通量高达260.98L/m²·h，GO‑TiO₂/PVDF复合超滤膜对BSA的截留率为90.28%。对过滤污染物的GO‑TiO₂/PVDF复合超滤膜进行清洗后，膜的纯水通量为280.32L/m²·h，膜通量衰减率为23.09%，膜通量恢复率为81.69%。

技术领域

本发明涉及一种GO-TiO₂/PVDF复合超滤膜的制备方法与应用，属于膜技术领域。

背景技术

随着工业技术的发展，水环境污染问题也日益严峻；水体环境中广泛存在的微量污染物，由于其存在量较少，常规的水处理技术难以有效去除；膜分离技术以其高效、低能耗等优势越来越多的应用于水处理当中，通过对水体中的微污染物的有效截留，实现水体净化；然而，在膜工艺发展过程中，膜污染的问题制约其快速发展，同时膜技术的本身工艺特性，污染物通常截留于膜表面，不能够进一步深度去除；结合光催化与膜过滤技术能够在截留污染物的同时实现对污染物的降解去除，有效缓解膜污染。

膜分离技术是一种高效去除水体微污染物的技术；超滤技术效率高、耗能低、易操作，目前已成为备受关注的微污染水体处理技术；聚合物材料聚偏氟乙烯（PVDF）以其优异的机械强度、成膜能力、良好的热稳定性以及非凡的氧化性和耐化学性被认为是制备超滤膜的理想材料；然而，PVDF膜具有疏水性和低抗污染性从而限制其在处理微污染地表水中的广泛使用；因此研究人员在控制膜污染方面投入了相当大的努力促进PVDF超滤膜的实际应用；目前，表面亲水改性和与亲水材料共混改性是增强PVDF超滤膜抗污染能力最常用的两种方法。

添加纳米材料或者增加膜表面亲水基团是提升膜性能的有效途径。常用的纳米材料有SiO₂，TiO₂，γ-Al₂O₃，Fe₃O₄，ZrO₂等氧化物；其中纳米TiO₂是目前研究最为广泛的无机纳米材料之一，它具有高活性和高选择性，有稳定的化学性质、强氧化还原性、抗腐蚀性、无毒和成本低等优点，但是纳米TiO₂由于本身的极性较大，比表面积较大、表面能较高，容易团聚，导致直接添加在铸膜液中容易发生团聚，不能很好地分散。

氧化石墨烯（GO）碳层面上的碳原子结合了大量的羟基（C-OH）、羧基（COOH）、羰基（C=O）等含氧官能团，也常被用做膜制备添加剂；Zhao利用自制的GO和PVDF膜共混改性，制得了高通量、高亲水性的复合超滤膜，其接触角从未改进的72.6±1.5º下降到改性后的60.5±1.8º，纯水通量比未改性膜提高了1.79倍；因此，从结构和化学理论上来说，GO是完全可以优化复合超滤膜的表面或底膜支撑层的亲水性和微观形貌，使膜表面或膜孔道内壁处于亲水性状态，是良好的膜改性添加剂；适当的添加化合物能够大大提升膜的性能，尽管TiO₂在PVDF膜中的团聚现象对膜表面的平滑性及其机械强度造成了不利影响，但通过将GO对TiO₂进行改性不仅能降低该不利影响反而还能增强其光催化活性。