一种空气型光催化反应膜的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于工业有机废水降解技术领域，具体涉及一种空气型光催化反应膜的制备方法，其包括以下步骤：S1将不锈钢丝网作为基底材料，放入亚克力板的凹槽内，使基底材料与凹槽底部水平；S2将PDMS溶液与固化剂配制得到粘着剂混合液，并将纳米二氧化钛P25分散在Nafion溶液中得到光催化剂混合液；S3将粘着剂混合液缓慢滴在基底材料上，并进行抽真空处理；S4将亚克力板水平放入烘箱内烘烤；S5将光催化剂混合液倒入粘着剂上，将亚克力板水平放入烘箱内继续烘烤，制得空气型光催化反应膜。本发明专利技术的方法制备的膜具有降解效率高、性能稳定、可以实现气液两相分离和氧气扩散、无需曝气和搅拌、成本低廉等优点。

Preparation method of air type photocatalysis reaction film and application thereof

The invention belongs to the technical field of industrial organic wastewater degradation, particularly relates to a method for preparing air type photocatalytic reaction film, which comprises the following steps: S1 stainless steel wire as the base material, into the groove of acrylic sheets, the substrate material and the groove bottom level; S2 PDMS solution and curing agent were prepared by mixed adhesive liquid, and the nano TiO2 P25 dispersed in Nafion solution obtained photocatalyst mixture; S3 adhesive mixture slowly on the substrate material, and vacuum processing; S4 will put into the oven baking level of acrylic plate; S5 light catalyst mixture into adhesive, acrylic board level into the oven will continue baking, prepared air type photocatalytic reaction film. The membrane prepared by the method has the advantages of high degradation efficiency, stable performance, gas-liquid two-phase separation and oxygen diffusion, no aeration and agitation, low cost, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种空气型光催化反应膜的制备方法及其应用
本专利技术属于工业有机废水降解
，更具体地，涉及一种空气型光催化反应膜的制备方法及其应用。
技术介绍
随着人类社会工业化进程的不断进步，大量工业废水被排放到环境中，尤其是有机工业废水。由于工业废水水质复杂,处理难度增大,仅依靠传统处理方法很难有效地去除其中的污染物，因此，以纳米TiO2为代表的光催化技术就应运而生了。纳米TiO2是一种典型的光催化材料，它的化学性质稳定，耐光腐蚀，具有持久的杀菌、降解污染物效果，其机理是纳米TiO2具有大的比表面积,使其受光时生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基和氢氧自由基，攻击有机物，达到降解有机污染物的作用。因此，将其用于工业有机废水处理中，可弥补混凝、沉淀、过滤等传统处理方法的不足，提高工业废水的处理效果。目前人们对悬浮相催化进行了大量的研究，并取得了很好的成果，比如，在中国技术专利ZL200410026456.1中公开了一种二氧化钛光触媒复合溶液的制备方法。尽管TiO2光催化技术在工业废水降解研究中取得较大的理论和实验成果，但可实际工业应用的成果较少，其中一个重要的原因是TiO2难以固定化。悬浮相催化的缺点是催化剂易于失活，易于凝聚，处理后催化剂分离回收困难，且光的穿透深度易受到影响，搅拌或者曝气等需要耗能，这些问题都严重限制了纳米TiO2光催化技术的应用发展，克服这一缺点的有效方法是制备负载型光催化剂。申请号2014105585562的中国技术专利申请公开了一种具有高活性的钛酸盐纳米片光催化膜材料制备方法和应用，该技术利用制备的钛酸盐纳米片光催化膜材料为无支撑透明、柔性光催化膜，但是关于利用市场上常见的纳米TiO2材料(P25)制备能实现气液两相分离和氧气扩散，制作周期短，机械强度大且催化效率高的空气型光催化反应膜的报道还没有。由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种光催化反应膜的制备方法，使其能够克服现有光催化剂存在的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种空气型光催化反应膜的制备方法，其采用纳米二氧化钛作为光催化剂，将其粘附在基地材料表面形成膜状，具有降解效率高、性能稳定、可以实现气液两相分离和氧气扩散、无需曝气和搅拌等优点，并且制作成本低廉，方法简单，可重复使用，该反应膜可有效降解工业有机废水。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种空气型光催化反应膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.选择合适大小的不锈钢丝网作为基底材料，同时准备一亚克力板，在亚克力板的一面设置一个与不锈钢丝网大小相同的凹槽，将基底材料进行预处理后放入亚克力板的凹槽内，使基底材料与凹槽底部水平；S2.将聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液与固化剂按照比例混合，配置得到粘着剂混合液，并将纳米二氧化钛P25分散在Nafion溶液中进行超声震荡，使其分散均匀后制备得到光催化剂混合液；S3.将步骤S2中制备得到的粘着剂混合液缓慢滴在亚克力板凹槽内的基底材料上，静置一段时间后，然后进行抽真空处理，除去粘着剂内的小气泡；S4.将步骤S3中去除气泡后的亚克力板水平放入烘箱内烘烤，使粘着剂粘附在基底材料表面后将亚克力板取出；S5.将光催化剂混合液倒入步骤S4中处理后的基底材料表面的粘着剂上，将亚克力板水平放入烘箱内继续烘烤，直至光催化剂固结在粘着剂上，即制得空气型光催化反应膜。其中，所述Nafion溶液为稀释10倍后的杜邦D520溶液，含水量为45±3％(质量百分比)，挥发性有机物含量：50±3％(质量百分比)，交换容量：1.03-1.12，树脂固含量：5％(质量百分比)。进一步优选地，步骤S1中，所述基底材料所用的不锈钢丝网规格为30-50目，所述亚克力板上凹槽的深度为4-5mm。优选地，所述步骤S1中，对基底材料预处理时，采用压片机对其进行平整处理，压片机压力为10-20Mpa，多次压制直至基底材料平整。优选地，步骤S2中，配置粘着剂时，二甲基硅氧烷(PDMS)溶液与固化剂的质量比例为10：1；所述Nafion溶液的质量百分比为0.5％。较多的比较试验表明，在制备粘着剂和光催化剂时，将其比例控制在一定范围内，能够保证在提高粘着剂和光催化剂的成膜性能不影响膜的降解性能，满足后续的使用需求。优选地，所述步骤S2中，在制备光催化剂混合液时，超声震荡的时间在1h以上。优选地，所述步骤S3中，抽真空时，真空压范围为0.7-0.9Mpa，抽真空时间在1h以上。优选地，所述步骤S4-S5中，两次烘烤的温度均为60℃-70℃，第一次烘烤时间为0.5-1h，第二次烘烤时间约为8h-12h。较多的比较试验表明，将制备膜的工艺参数如烘烤时间和温度等控制在一定范围，则能够保证成膜的顺利进行。优选地，为制得空气型光催化反应膜，平均在每平方米的基底材料上分布有5.3Kg纳米二氧化钛P25、26.6Kg配置得到粘着剂混合液以及79.8L质量百分比为0.5％的Nafion溶液。较多的比较试验表明，在制备粘着剂和光催化剂时，将其比例控制在一定范围内，能够保证在提高粘着剂和光催化剂的成膜性能不影响膜的降解性能，满足后续的使用需求。按照本专利技术的另一方面，提供了一种如上所述的制备方法制备的空气型光催化反应膜的应用，其特征在于，该空气型光催化反应膜用于降解工业有机废水，将该空气型光催化反应膜负载有光催化剂的一侧与有机废水接触，粘着剂所在的另一侧暴露在空气中，并在粘着剂侧进行光照，降解有机废水中的有机污染物。具体地，由于空气型光催化反应膜透气透光性较强，不透水，可以实现气液两相分离和氧气扩散，无需曝气和搅拌，即可试验对于工业有机废水中有机污染物的降解，且该膜表面光滑、匀整且附着性较好，而且柔软，机械强度大，而且还可以在光照条件下自净。进一步优选地，所述的光源为太阳光、紫外灯或日光灯，光照时间持续2-3h左右。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术的方法制备的空气型光催化反应膜采用纳米二氧化钛作为光催化剂，将其负载在粘着剂表面，避免二氧化钛聚集，由此制备出清洁效率高的空气型光催化反应膜，能够有效地对有机废水中的有机污染物进行降解，降解效率高，且耐腐蚀，性能稳定。(2)本专利技术制备的空气型光催化反应膜透气透光性较强，不透水，可以实现气液两相分离和氧气扩散，无需曝气和搅拌，且表面光滑、匀整且附着性较好，而且柔软，机械强度大，而且还可以在光照条件下自净；(3)本专利技术的制备方法在制备粘着剂和光催化剂时，将其比例控制在一定范围内，能够保证在提高粘着剂和光催化剂的成膜性能不影响膜的降解性能，满足后续的使用需求。而将制备膜的工艺参数如烘烤时间和温度等控制在一定范围，则能够保证成膜的顺利进行。(4)本专利技术的制膜方法简单，容易操作，成本较低，周期较短，可大规模推广应用，具有较好的应用前景。附图说明图1是空气型光催化反应膜的制备方法的流程图；图2(a)和(b)是本专利技术的空气型光催化反应膜概念图；图3是本专利技术的实施例制备的空气型光催化反应膜的照片。图4是本专利技术的实施例1-3制备的空气型光催化反应膜在应用例的实验组装示意图，其中④为罗丹明B溶液，⑤为本专利技术的实施例制备的空气型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气型光催化反应膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.选择合适大小的不锈钢丝网作为基底材料，同时准备一亚克力板，在亚克力板的一面设置一个与不锈钢丝网大小相同的凹槽，将基底材料进行预处理后放入亚克力板的凹槽内，使基底材料与凹槽底部水平；S2.将聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液与固化剂按照比例混合，配置得到粘着剂混合液，并将纳米二氧化钛P25分散在Nafion溶液中进行超声震荡，使其分散均匀后制备得到光催化剂混合液；S3.将步骤S2中制备得到的粘着剂混合液缓慢滴在亚克力板凹槽内的基底材料上，静置一段时间后，然后进行抽真空处理，除去粘着剂内的小气泡；S4.将步骤S3中去除气泡后的亚克力板水平放入烘箱内烘烤，使粘着剂粘附在基底材料表面后将亚克力板取出；S5.将光催化剂混合液倒入步骤S4中处理后的基底材料表面的粘着剂上，将亚克力板水平放入烘箱内继续烘烤，直至光催化剂固结在粘着剂上，即制得空气型光催化反应膜。

【技术特征摘要】
1.一种空气型光催化反应膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.选择合适大小的不锈钢丝网作为基底材料，同时准备一亚克力板，在亚克力板的一面设置一个与不锈钢丝网大小相同的凹槽，将基底材料进行预处理后放入亚克力板的凹槽内，使基底材料与凹槽底部水平；S2.将聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液与固化剂按照比例混合，配置得到粘着剂混合液，并将纳米二氧化钛P25分散在Nafion溶液中进行超声震荡，使其分散均匀后制备得到光催化剂混合液；S3.将步骤S2中制备得到的粘着剂混合液缓慢滴在亚克力板凹槽内的基底材料上，静置一段时间后，然后进行抽真空处理，除去粘着剂内的小气泡；S4.将步骤S3中去除气泡后的亚克力板水平放入烘箱内烘烤，使粘着剂粘附在基底材料表面后将亚克力板取出；S5.将光催化剂混合液倒入步骤S4中处理后的基底材料表面的粘着剂上，将亚克力板水平放入烘箱内继续烘烤，直至光催化剂固结在粘着剂上，即制得空气型光催化反应膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述基底材料所用的不锈钢丝网规格为30-50目，所述亚克力板上凹槽的深度为4-5mm。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，对基底材料预处理时，采用压片机对其进行平整处理，压片机压力为10-20Mpa，多次压制直至基底材料平整。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯慧杰，毛鹏，王晓璇，赵文金，韩仪，曾宇清，胡敬平，刘冰川，杨家宽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42