一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种CdS/MIL‑101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜及其制备方法与应用，超滤膜中，PVDF作为基体，CdS/MIL‑101(Cr)光催化剂作为活性组分，活性组分均匀分布于基体中；改性PVDF超滤膜由包括以下重量份含量的组分制备而成：聚偏氟乙烯17‑19份、聚乙烯吡咯烷酮2.5‑3.5份、N,N‑二甲基乙酰胺76‑80份、CdS/MIL‑101(Cr)光催化剂0.5‑1.5份；改性PVDF超滤膜应用在抗膜有机污染物或抗菌中。与现有技术相比，本发明专利技术提供的改性膜亲水性高，光催化活性好，在可见光照射下可有效减轻有机污染物造成的膜孔阻塞，且对大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌和以金黄色葡萄球菌为代表的革兰氏阳性菌具有良好的杀灭作用，可显著抑制膜表面生物膜的形成，具有良好的同步抗污染及抗菌效果。

PVDF ultrafiltration membrane modified by cds / mil-101 (CR) photocatalyst and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜及其制备方法与应用
本专利技术属于水处理中的膜分离
，涉及一种CdS/MIL-101(Cr)可见光光催化剂改性PVDF超滤膜及其制备方法与应用。
技术介绍
膜分离技术因具有结构简单、操作方便、能分离水中各类物质、且能在常温下进行操作，具有环保节能、低能耗、低成本等优势，在国内外受到了广泛的青睐。膜材料是膜分离技术的基础，是膜技术能否实现工业化的关键因素。然而，在膜分离过程中容易产生严重的膜污染(有机物污染、无机物污染、生物污染)，导致膜阻力增大及膜通量下降进而导致出水水质恶化。需要加大曝气量、频繁清洗，这造成能耗的提高、膜寿命的下降，提高了水处理的成本。因此，膜污染现象，尤其是膜生物污染，是膜分离技术在饮用水及污、废水处理中广泛应用的主要障碍。目前，膜处理技术中常用的膜材料为聚合物膜材料，聚偏氟乙烯(PVDF)因具有优良的化学稳定性、耐辐射性、耐热性和易成膜等特性，被制成超滤膜产品广泛应用于水处理领域。但由于其表面能低，制得的膜亲水性差，在水处理过程中易被水中的杂质污染，使膜水通量减小且不能恢复，导致在水处理运行过程中，聚偏氟乙烯超滤膜存在易污染、反冲洗和停机清洗时间较多等问题，极大的限制了其在水厂的推广和使用。已知可通过物理和化学手段来改善膜的抗污染性，目前改性方法主要可分为膜表面改性和膜材料改性两大类。共混超滤膜改性由于操作简便、效果好，既容易实现又经济实惠，一直是获得新型改性膜材料的常用方法。半导体光催化技术是一种能有效处理环境污染以及水污染等问题的新兴技术手段，在光照条件下，水溶液体系中加入的半导体光催化剂吸收光能使得价带上的电子被激发到导带从而形成电子空穴对，可诱导产生高活性的基团(如羟基自由基·OH)，由此产生的基团具有极强的氧化性可以氧化有机物分子并降解有机污染物；由于其高效、节能、清洁、无毒等优势，半导体光催化降解污染物技术已成为环境领域研究的热点，且该技术对膜表面污染物可能有良好的降解效果。已有报导将紫外光催化剂(如TiO2)通过共混改性引入PVDF铸膜体系，在紫外光的照射下，提高膜的光催化效率。然而这种紫外光催化剂改性的复合膜仅在紫外光的照射下具有较好的抗污染性能，而紫外光仅占太阳光谱的4％，其高耗能和高成本成为紫外光光催化剂在膜的共混改性应用中的主要问题。因此，可见光光催化材料成为近年来光催化领域研究的热点之一。在各种半导体材料中，硫化镉(CdS)由于其良好的可见光相应能力成为最受关注的可见光光催化材料之一。然而CdS易发生团聚和光腐蚀现象，从而限制了其广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术中复合光催化分离膜存在的缺陷和不足，而提供一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜及其制备方法与应用。通过采用新型可见光光催化剂CdS/MIL-101(Cr)替代紫外光光催化剂对PVDF膜进行共混改性，使制备的改性PVDF膜在可见光的照射下具有良好的抗污染和抗菌性能，从而以节能、环保、可持续的方式解决PVDF膜在水处理过程中的生物污染问题。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜，该超滤膜中，PVDF作为基体，CdS/MIL-101(Cr)光催化剂作为活性组分，所述的活性组分均匀分布于基体中。进一步地，所述的CdS/MIL-101(Cr)光催化剂中，CdS与MIL-101(Cr)的质量比为(15-35):100，并且所述的MIL-101(Cr)呈八面体状，CdS纳米颗粒覆盖于八面体MIL-101(Cr)表面。进一步地，所述的MIL-101(Cr)的粒径为100-500nm。进一步地，所述的CdS/MIL-101(Cr)光催化剂的制备方法包括以下步骤：1)将Cr(NO3)3·9H2O、对苯二甲酸、氢氟酸及水混合后，进行第一次水热反应，后经冷却、分离、洗涤，得到固体产物；2)将固体产物分散于有机溶剂中进行纯化，纯化后的固体转移至乙醇中，并在80-100℃下处理10-12h，后经洗涤、干燥，得到MIL-101(Cr)纳米粒子；3)按质量比(1.6-3.8):1将MIL-101(Cr)纳米粒子及Cd(AC)2·2H2O分散于二甲亚砜中，之后进行第二次水热反应，后经冷却、分离、洗涤、干燥，得到CdS/MIL-101(Cr)光催化剂。进一步地，步骤1)所述的第一次水热反应过程中，反应温度为200-210℃，反应时间为5-7h；步骤3)所述的第二次水热反应过程中，反应温度为170-190℃，反应时间为10-12h。CdS/MIL-101(Cr)光催化剂的制备方法具体为：MIL-101(Cr)纳米粒子的制备：取4.5-5gCr(NO3)3·9H2O、1.8～2g对苯二甲酸(BDC)、0.5-0.8mL氢氟酸(HF)和50-70mL去离子水，混合后转移至高温高压反应釜中，在200-210℃下水热反应5-7h；自然冷却后将混合物在7000-8000rpm下离心分离10-20min，将得到的固体物质用水和乙醇分别洗涤三次；洗涤后的产物再次分散于80-100mL有机溶剂(N,N-二甲基甲酰胺)中并搅拌10-12h进行纯化，纯化后的固体转移至80-100mL乙醇中，在80-100℃下处理10-12h；最后将产物用乙醇洗涤三次并在80-100℃的真空干燥箱中干燥，得到纯化的MIL-101(Cr)纳米粒子。CdS/MIL-101(Cr)纳米光催化剂的制备：称取4-5gMIL-101(Cr)和1.3-2.5gCd(AC)2·2H2O分散于40-50mL二甲亚砜(DMSO)中，将悬浮液转移至高温高压反应釜中进行水热反应；自然冷却后在7000-8000rpm下离心分离10-20min，将得到的固体物质用丙酮和乙醇分别洗涤三次，产物在80-100℃真空干燥后即得到CdS/MIL-101(Cr)纳米光催化剂。进一步地，该超滤膜由包括以下重量份含量的组分制备而成：聚偏氟乙烯17-19份、聚乙烯吡咯烷酮2.5-3.5份、N,N-二甲基乙酰胺76-80份、CdS/MIL-101(Cr)光催化剂0.5-1.5份。一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将CdS/MIL-101(Cr)光催化剂超声分散于N,N-二甲基乙酰胺中，之后加入聚偏氟乙烯及聚乙烯吡咯烷酮，经加热搅拌形成均匀的铸膜液；2)将铸膜液真空脱泡后，刮制成液膜；3)将刮制的液膜在空气中静置后放入水的凝固浴中，待膜脱落后取出并浸入水中20-30h，之后烘干，得到CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜。进一步地，步骤1)所述的加热搅拌过程中，加热温度为85-95℃，搅拌时间为10-14h。进一步地，步骤2)中，所述的刮制过程在刮膜机中进行，所述的刮膜机中的刮膜器规格为300μm。Cd本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜，其特征在于，该超滤膜中，PVDF作为基体，CdS/MIL-101(Cr)光催化剂作为活性组分，所述的活性组分均匀分布于基体中。/n

【技术特征摘要】
1.一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜，其特征在于，该超滤膜中，PVDF作为基体，CdS/MIL-101(Cr)光催化剂作为活性组分，所述的活性组分均匀分布于基体中。


2.根据权利要求1所述的一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜，其特征在于，所述的CdS/MIL-101(Cr)光催化剂中，CdS与MIL-101(Cr)的质量比为(15-35):100，并且所述的MIL-101(Cr)呈八面体状，CdS纳米颗粒覆盖于八面体MIL-101(Cr)表面。


3.根据权利要求2所述的一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜，所述的MIL-101(Cr)的粒径为100-500nm。


4.根据权利要求1所述的一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜，其特征在于，所述的CdS/MIL-101(Cr)光催化剂的制备方法包括以下步骤：
1)将Cr(NO3)3·9H2O、对苯二甲酸、氢氟酸及水混合后，进行第一次水热反应，后经冷却、分离、洗涤，得到固体产物；
2)将固体产物分散于有机溶剂中进行纯化，纯化后的固体转移至乙醇中，并在80-100℃下处理10-12h，后经洗涤、干燥，得到MIL-101(Cr)纳米粒子；
3)将MIL-101(Cr)纳米粒子及Cd(AC)2·2H2O分散于二甲亚砜中，之后进行第二次水热反应，后经冷却、分离、洗涤、干燥，得到CdS/MIL-101(Cr)光催化剂。


5.根据权利要求4所述的一种CdS/MIL-101(Cr)光催化剂改性的PVDF超滤膜，其特征在于，步骤1)所述的第一次水热反应过程中，反应温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚宜，倪凌峰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31