[发明专利]一种非均相纳米纤维复合催化膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种非均相纳米纤维复合催化膜的制备方法，通过静电纺丝法得到支撑膜层与功能膜层间隔设置的层层叠加的初生膜，在功能膜层配位铁离子后，再通过静电纺丝法在配位后的膜上再叠加功能膜层和支撑膜层。多层结构的纤维膜具有发达的孔洞结构，比表面积大，能够提供大量活性位点，表面和内部可以负载更多的活性组分，显著提高纤维膜对铁离子的负载量。由于铁离子在大分子间构建了配位交联网络结构，聚合物A在应用过程中仅发生适度溶胀，溶胀可以细化纤维膜孔洞尺寸，进而截留浸出或洗脱的铁离子，有效减少活性铁离子的流失。再加上通过再叠加工艺叠加的纤维膜对流失的铁离子的再配位结合作用，进一步减少了铁离子的流失。

技术领域

本发明涉及纤维膜的分离和催化领域，具体是一种非均相纳米纤维复合催化膜的制备方法。

背景技术

水是人类赖以生存的必须元素，全球正在面临着水资源匮乏和水污染的问题。染料废水中含有大量的有毒偶氮染料和无机盐(包括NaCl或Na₂SO₄)，其中大多数染料含有不可生物降解的芳香族结构和偶氮基团，这些染料废水具有色度和COD含量高、水量变化大、碱性强、成分复杂和难生物降解等特点，而且还含有多种具有生物毒性或具有致癌、致畸和致突变的有机物。因此，染料废水的处理成为了目前水污染控制的重点。

目前，工业上处理染料废水的主要方法有：物理法、生物法以及化学法。物理法中的三种主要方法为吸附法、混凝法和膜分离法。物理法具有设备简单、操作简便等优点，但仅能实现污染物的相转移，并没有彻底消除污染物，还会带来大量的固体废弃物。因此，在去除效果和二次污染等方面均存在一定的缺陷。生物法中应用比较广泛的有好氧法、厌氧法以及厌氧-好氧组合法。生物法虽操作简单、处理费用低，但处理设备占地面积大，处理周期长、效率低，而且易因染料的毒性作用而导致处理效果的下降，因此难以用于处理量大且污染物浓度高的工业废水。化学法主要以高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes，AOPs)为主，是近几十年发展起来的主要用于处理难降解有机污染物的一种技术。AOPs为羟基自由基(·OH)通过电子转移矿化污染物的过程。首先，羟基自由基可以把大分子污染物分解成小分子污染物，然后将小分子污染物分解为低毒或易降解的中间体，最后使污染物分解为无毒的CO₂和H₂O。因此，对于复杂工业废水的处理，高级氧化技术是一种潜在的优势技术。

高级氧化技术主要包括芬顿(Fenton)法、光催化氧化法、臭氧氧化法、湿式氧化法和电化学法等。在众多处理方法中，Fenton技术是目前在废水处理中应用最广泛的高级氧化技术之一。Fenton反应实质是H₂O₂在Fe²⁺的催化下生成了具有高反应活性以及强氧化性的·OH，这些·OH可以与大多数的有机物作用从而使其降解。Fenton反应具有操作简单，反应条件温和、容易控制，原料安全，对环境友好的优点，但传统的均相Fenton反应还存在明显的缺点：第一，pH适用范围窄，通常只能在pH为2-4的范围内进行，当环境pH高于4时，铁盐容易产生沉淀，使得铁循环受阻；第二，在实际处理污水的过程中，在酸性的操作条件下，不仅对设备的要求更高，而且在后续的处理中，需要将水调回至中性，此过程会产生大量的铁淤泥，增加后续处理的成本；第三，催化剂无法直接回收，无法再次利用。

在均相Fenton体系反应机理和催化降解理论的基础上，非均相Fenton法开始崭露头角，使原材料在分离和循环回收上有了一定进展。非均相Fenton氧化法主要是把亚铁盐或铁盐通过不同方式固定到一定的载体上，制得负载型催化剂；在处理染料废水时，有机物分子首先被吸附在非均相Fenton催化剂表面，在铁离子催化H₂O₂产生的强氧化性羟基自由基作用下，有机污染物被氧化为CO₂和水，实现了废水的矿化处理。采用非均相Fenton体系对染料废水进行氧化降解，既达到了高效的降解目的，又拓宽了反应的pH条件和可处理废水的范围，而且有效解决了均相Fenton体系反应过程中产生二次污染的问题。