一種自驅動的界面光催化膜反應器及其制備方法

本發明涉及光催化膜反應器，具體是一種自驅動的界面光催化膜反應器及其制備方法。

背景技術：

1、水資源是人類最重要的自然資源，工業生產活動不僅會消耗大量水，還會產生含有機污染物的工業廢水，加劇水資源短缺的同時也帶來嚴重污染。其中，醫藥行業排放的廢水往往含有高濃度抗生素，其穩定的化學性質及生物毒性，使得傳統廢水處理中的吸附法和生物法在抗生素去除上效果并不理想。光催化氧化技術作為一種環境友好、能耗低的可持續廢水處理技術，具有較高的催化氧化活性，可以無選擇性地將水中有機污染物高效降解，因此在抗生素廢水處理領域具有良好的應用前景。但均相的光催化劑在實際應用中存在很多問題，影響了催化降解效率。光催化膜反應器將光催化劑固定在膜表面或分散在膜內，將催化反應從料液部分轉移到膜區域，有效解決光催化劑易沉積、回收難問題，并且實現了反應的連續進行。

2、為此，授權公告號為cn106039998a的中國發明專利公開了一種負載β-feooh納米晶體的光催化復合納濾膜及其制備方法，其中該光催化復合納濾膜是先通過多巴胺與聚乙烯亞胺在多孔支撐膜上共沉積形成含有分離功能皮層的交聯納濾膜，再在分離功能皮層上負載β-feooh納米晶體而獲得，實現對含染料廢水的高效處理。

3、然而，催化膜反應器在實際應用中通常料液流動方向為垂直膜平面的徑向流動，反應路徑較短，對反應速率要求較高，只適用快速反應的場合，且需要多個重復單元。因此，l.aoudjit等人報道了將tio2催化劑負載到聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)膜上構建光催化反應器，將催化膜置于反應器底部，料液流動方向與膜表面平行，充分延長了反應時間，實現了對有機染料酒石黃的有效降解(j.hazard.mater.,2018,344,408-416)。但由于光能隨著溶液折射損失，膜反應器上層溶液積存影響了光穿透能力，降低光能利用率，因此，降解率僅達到78％。同時，上述催化膜反應器的進料都需要借助外界能量的驅動，造成了大量能量的消耗。

技術實現思路

1、本發明的目的在于，提供一種自驅動的界面光催化膜反應器及其制備方法。本發明通過親水光催化膜使進料箱的料液產生虹吸效應，驅動料液連續流動，進入收集箱，無需額外能量輸入，具有能量消耗低、降解率高、環保的優點。

2、本發明的技術方案：一種自驅動的界面光催化膜反應器包括負載光催化劑的親水光催化膜，親水光催化膜的兩側分別設置有進料箱和收集箱，所述進料箱的高度高于所述收集箱；所述親水光催化膜的一端設置于進料箱中，親水光催化膜的另一端設置在收集箱中。

3、上述的自驅動的界面光催化膜反應器，所述親水光催化膜的親水基底包括親水性纖維、膜和織物。

4、前述的自驅動的界面光催化膜反應器，所述光催化劑為biox基異質結光催化劑，x為鹵素。

5、前述的自驅動的界面光催化膜反應器，所述進料箱與收集箱之間的高度差為3-9cm；所述進料箱與收集箱之間的水平距離為15-21cm。

6、前述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，包括以下步驟：

7、步驟1：在親水基底表面制備光催化劑膜，得到親水光催化膜；

8、步驟2：將親水光催化膜的一端伸入進料箱內水平面的下方，將親水光催化膜的另一端伸入收集箱內，得到自驅動的界面光催化膜反應器。

9、前述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，所述制備親水光催化劑膜的過程如下：取鉍源，通過預涂晶種-水熱合成的方法在親水基底表面制備納米片；清洗干燥后將帶有納米片的親水基底在銀源水溶液和溴源水溶液中交替浸泡，并重復多次；清洗干燥后得到親水光催化劑膜。

10、前述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，所述鉍源為五水合硝酸鉍；所述銀源為硝酸銀；所述溴源為溴化鉀。

11、前述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，所述納米片為溴化氧鉍納米片。

12、前述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，所述銀源水溶液的摩爾濃度為0.17-0.20m；所述溴源水溶液的摩爾濃度為0.12-0.15m。

13、前述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，所述交替浸泡重復5-8次。

14、與現有技術相比，本發明在親水基底表面制備光催化劑膜，得到親水光催化膜，通過親水光催化膜連接進料箱和收集箱，并使進料箱的高度高于收集箱，可以使進料箱內的料液產生虹吸效應，通過親水光催化膜驅動料液連續流動，流入收集箱；無需額外能量輸入來驅動料液在光催化劑膜上流動；具有能量消耗低、降解率高、環保的優點。

技術特征：

1.一種自驅動的界面光催化膜反應器，其特征在于：包括負載光催化劑的親水光催化膜，親水光催化膜的兩側分別設置有進料箱和收集箱，所述進料箱的高度高于所述收集箱；所述親水光催化膜的一端設置于進料箱中，親水光催化膜的另一端設置在收集箱中。

2.根據權利要求1所述的自驅動的界面光催化膜反應器，其特征在于：所述親水光催化膜的親水基底包括親水性纖維、膜和織物。

3.根據權利要求1所述的自驅動的界面光催化膜反應器，其特征在于：所述光催化劑為biox基異質結光催化劑，x為鹵素。

4.根據權利要求1所述的自驅動的界面光催化膜反應器，其特征在于：所述進料箱與收集箱之間的高度差為3-9cm；所述進料箱與收集箱之間的水平距離為15-21cm。

5.根據權利要求1-4所述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

6.根據權利要求5所述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，其特征在于：所述制備親水光催化劑膜的過程如下：取鉍源，通過預涂晶種-水熱合成的方法在親水基底表面制備納米片；清洗干燥后將帶有納米片的親水基底在銀源水溶液和溴源水溶液中交替浸泡，并重復多次；清洗干燥后得到親水光催化劑膜。

7.根據權利要求6所述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，其特征在于：所述鉍源為五水合硝酸鉍；所述銀源為硝酸銀；所述溴源為溴化鉀。

8.根據權利要求7所述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，其特征在于：所述納米片為溴化氧鉍納米片。

9.根據權利要求8所述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，其特征在于：所述銀源水溶液的摩爾濃度為0.17-0.20m；所述溴源水溶液的摩爾濃度為0.12-0.15m。

10.根據權利要求9所述的自驅動的界面光催化膜反應器的制備方法，其特征在于：所述交替浸泡重復5-8次。

技術總結
本發明公開了一種自驅動的界面光催化膜反應器及其制備方法。它包括負載光催化劑的親水光催化膜，親水光催化膜的兩側分別設置有進料箱和收集箱，所述進料箱的高度高于所述收集箱；所述親水光催化膜的一端設置于進料箱中，親水光催化膜的另一端設置在收集箱中。本發明通過親水光催化膜使進料箱的料液產生虹吸效應，驅動料液連續流動，進入收集箱，無需額外能量輸入，具有能量消耗低、降解率高、環保的優點。

技術研發人員：鄭柳夢,黃俊,鄧然,孫俊琪,江婧,朱晨鎏
受保護的技術使用者：浙江科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13