《二氧化鈦基納濾膜的製備及其分離性能調變》是依託北京航空航天大學，由谷景華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：二氧化鈦基納濾膜的製備及其分離性能調變
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：谷景華
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水污染是目前主要的環境問題之一，對人類的健康構成威脅。人類的活動使大量合成的和天然的化學物質進入水體系統形成微污染物，其中有機污染物難於用傳統的水處理方法去除。針對有機污染物的去除，本項目擬採用聚合溶膠-凝膠技術製備TiO2基納濾膜，通過改變組成和製備條件來改變膜的孔結構和孔表面性質，利用選定的有機污染物表征TiO2基納濾膜的分離性能，研究膜的組成和製備條件對膜的孔結構、表面性質、分離性能的影響，獲得滿足要求的TiO2基納濾膜；將TiO2基納濾膜用於水體中不同種類典型有機污染物的去除，研究膜的孔結構和孔表面性質對分離性能的影響，提出用於去除有機污染物的TiO2基納濾膜分離性能的調變機理；通過研究有機污染物造成膜污染的特徵和機理，並與不同前處理工藝結合，最佳化TiO2基納濾膜的組成和製備工藝及膜分離操作條件，為設計製造適用於有機污染物去除的TiO2基納濾膜組件提供科學基礎和技術支持。
結題摘要
膜分離和吸附是水處理常用技術，膜與吸附劑是膜分離與吸附套用的關鍵材料。本項目採用溶膠-凝膠法製備介孔結構的TiO2超濾膜和具有微孔結構的TiO2納濾膜TiO2-ZrO2納濾膜，研究了組成、製備條件對膜的物相、孔結構、微結構、完整性的影響以及有機物吸附可能造成的TiO2膜污染，並對在水處理套用中可能用於納濾前處理的無機吸附劑的吸附性能與再生進行可研究，對膜分離與吸附的實際套用具有重要意義，得到主要研究結果：（1）用粒子型溶膠製備TiO2超濾膜，溶膠中添加劑含量和焙燒溫度對孔結構有顯著影響，溶膠濃度、塗膜時間和塗膜次數決定TiO2超濾膜中超濾層的厚度和完整性；在最佳化的製備條件下得到無缺陷TiO2超濾膜，孔徑分布於3 - 10 nm之間，孔隙率＞40%。（2）以Ti(i-OC3H7)4和Zr(n-OC4H9)4為原料，控制水解，製備的TiO2聚合溶膠與TiO2-ZrO2聚合溶膠中聚合物具有分形特徵，分形數＜2，在反應過程中聚合物的數量和大小均增大。Zr/(Zr+Ti)增加和H2O/M4+增大均使溶膠中聚合物的分形數增大；在30℃-60℃範圍內，反應溫度對聚合物的分形數的影響很小。（3）聚合型溶膠的組成、反應時間、乾燥和焙燒條件對微孔TiO2膜和TiO2-ZrO2膜的孔結構有顯著影響，微孔TiO2膜的最佳燒結溫度為350℃，含10-20(mol)% ZrO2的TiO2-ZrO2膜的最佳焙燒溫度為400℃，微孔膜的物相取決於組成和焙燒溫度。（4）用聚合型溶膠製備TiO2納濾膜和TiO2-ZrO2納濾膜，溶膠濃度和浸塗時間決定納濾層厚度和完整性，溶膠濃度一般不超過0.05 mol/L。（5）TiO2膜對離子型染料的吸附性質與其表面荷電性質有關，選擇合適的pH值範圍，可以防止離子型染料吸附對TiO2膜造成污染。（6）溶液初始濃度和pH值對介孔TiO2和Al2O3對離子型染料的吸附量有很大影響，吸附了離子型染料的介孔TiO2和Al2O3可通過調節pH值進行再生；介孔C/Al2O3對亞甲基藍染料的吸附量遠高於常見氧化物吸附劑，但不可通過調節pH值進行再生。
