光催化-膜分离耦和技术概要.ppt

光催化-膜分离耦合技术在水处理中的应用,高等水处理工程课程作业,讲解目录,背景篇,机理篇,应用篇,趋势篇,光催化氧化技术,背景篇,背景篇,膜分离技术,通过膜表面的微孔截留作用分离水中污染物，无相变和二次污染，可常温操作，具有能耗低、设备体积小、操作方便、容易放大等优势。,膜污染问题,化学清洗人工清洗,耗时、耗力,背景篇,光催化-膜分离耦和技术,光催化-膜分离耦合,光催化技术,膜分离技术,保持光催化技术原有优势,膜分离充分发挥其作用,解决或缓解制约两者发展的问题,产生一系列耦和效应,光催化技术机理主体：纳米材料+紫外光,机理篇,TiO2+hvTiO2(eCB-+hVB+)TiO2(hVB+)+H2OTiO2+H+OHTiO2(hVB+)+OH-TiO2+OHTiO2(eCB-)+O2TiO2+O2-O2-+H+OH2OH2+HO2H2O2+O2TiO2(eCB-)+H2O2OH+OH_H2O2+O2-OH+OH-+O2H2O2+hv2OH有机物+OH降解产物有机物+TiO2(hVB+)氧化产物有机物+TiO2(eCB-)小分子产物,机理篇,光催化灭菌机理1、紫外光激发TiO2产生电子-空穴对，再直接或间接与细菌的细胞作用，空穴具有非常强的氧化能力，直接氧化细胞壁、细胞膜和细胞内的组织导致细菌死亡。2、光生电子或空穴先与水或水中溶解的氧反应，生成OH或HO2等活性氧类，在与细胞壁、细胞膜和细胞内的组成成分发生化学反应。,机理篇,膜分离机理推动力：浓度差、压力差、电位差渗析式膜分离料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差推动下，透过膜进入接受液。（渗析、电渗析）过滤式膜分离利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分分离。（超滤、微滤、反渗透）液膜分离液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取与范萃取的组合。,机理篇,强化效应,+,光催化,膜分离,增大污染物的停留时间，使光催化剂与污染物质充分接触,光催化剂降低污染物质浓度，且在膜表面形成疏水性的滤饼层，减轻膜污染,应用篇,应用形式,光催化-膜分离耦合形式,悬浮型光催化-膜分离耦合工艺,负载型光催化-膜分离耦合工艺,一体式,分置式,表面负载,内部嵌套,应用篇,分置式悬浮型光催化-膜分离耦合形式,应用篇,解立平等研发的新型一体式光催化氧化-膜分离反应器示意图,应用篇,负载型光催化-膜分离耦合示意图,应用篇,应用领域,污水处理,给水处理,偶氮染料,有毒有机物,地表水天然有机物,微生物,应用领域,应用篇,研究内容及程度涉及机理研究、设备研究（即组合方式研究）和操作条件优化的研究。在机理方面，主要包括悬浮态光催化-膜分离耦合工艺中膜污染机理的研究、光催化剂对有机物、病毒的降解机理的研究等；组合方式研究方面主要探索经济、简便的最佳组合工艺；操作条件的研究旨在找出影响组合工艺处理效果因素的最佳条件，以及制备性能优良的光催化复合膜的条件。总体来说，现今的文献对工程方面的研究较多，而机理方面的研究则相对较弱。,应用篇,影响因素,水质,光催化剂浓度,耦合膜,pH,污染物初始浓度,温度,膜材质,膜孔径,TMP,曝气,应用篇,pH光催化效率TiO2表面状态发生变化，影响吸附-解吸过程，进而影响光催化氧化过程；降解有机物结构不同，pH变化对其降解过程影响不同。膜通量与膜阻力pH变异引起悬浮体系中催化剂颗粒团聚或分散，导致历经变化，对膜通量产生影响；不同pH下，污染物分子与膜光催化层间静电吸引不同，影响膜表面污染物的吸附量。污染物初始浓度光催化效率浓度增大将影响紫外光的透过性，污染物本身对紫外光有吸收，过大浓度将造成光催化效率降低。,应用篇,膜污染污染物对光催化剂和分离膜的吸附和沉积现象明显，使膜污染倾向增大。温度光催化效率增温有助于增加传质速率，促进反应物与TiO2颗粒表面的结合及降解产物的脱附，从而提高光催化效率。膜通量通过影响溶液的粘度间接影响膜通量。温度越高，粘度越低，在膜上易形成紊流，冲散浓差极化与滤饼层，减小过膜阻力，提高膜通量。催化剂,应用篇,悬浮型光催化-膜分离工艺光催化速率低于最佳投加量限制反应速率，过高会引起体系中光路的堵塞剂光散射现象的发生，体系中有效光子数量相对较少，反应速率降低。膜通量投加量对膜通量影响不大，投加量增加时，颗粒间更易发生凝聚，粒径增大，从而在膜表面形成较疏松的沉积层，阻止细小颗粒直接吸附在膜表面和膜孔内。表面负载型光催化-膜分离工艺负载牢固程度负载不牢，不仅达不到催化剂回收利用的目的，且降低光催化效率，影响出水水质。负载量,应用篇,在一定范围内，负载层越厚，系统处理效果越好。达到一定厚度再增加时，系统光催化效果基本恒定。TiO2负载厚度对耦合膜收光催化损害的程度有很大影响。膜材质要求膜具有一定机械强度和化学稳定性。负载型中膜与催化剂间需有较强的结合作用、对被降解污染物有较强吸附性、有利于固-液传质及良好的透光性。膜孔径孔径直接影响膜通量，应在保证对目标污染物合适的截留率的前提下，尽量增大膜孔径。跨膜压力（TMP）压力增大，膜表面污染层压实，膜寿命缩短。曝气使催化剂保持悬浮态；减轻膜污染。,趋势篇,今后研究重点,催化剂,耦合膜,机理,改性及不同形貌催化剂的研发与应用,化学稳定性好，机械强度高的耦合膜的制备,光催化剂度污染物质的吸附机理、降解机理、各种条件对其影响机理，膜污染机理,参考文献1肖羽堂，许双双，李志花，安晓红，周蕾，张永来，FuQ.Shiang，TiO2光催化-膜分离偶和技术在水处理中的应用研究进展，科学通报，2010，55（12）1085-10932Sylwia,Photocatalyticmembranereactors(PMRs)inwaterandwastewatertreatment,SeparationandPurificationTechnology73(2010)71-913MwngNanChong,BoJin,Christop