纳米tio2与纳滤膜在水处理中的应用

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1、纳米TiO2与纳滤膜在水处理中的应用摘要：介绍了纳米科技特别是纳米TiO2光催化氧化技术和纳滤膜技术的原理及其在水处理中的作用及应用方法，认为崭新的纳米水处理技术的应用已为期不远。关键词：纳米纳滤膜光催化氧化技术纳米科技研究在0.1～100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及如何利用这些性能［1］。广义上，纳米材料是指在三维空间中，至少有一维达到纳米尺度范围或以它们为基本单元所构成的材料。纳米材料在机械性能、磁、光、电、热等方面与普通材料有很大的不同，它具有辐射、吸收、催化、吸附等新特性。许多科学家研究了

2、纳米材料的这些特性及其对水体中的某些污染物的作用，表明纳米科技可能将使水处理技术发生突破性的变化。1　纳米TiO2光催化氧化技术1.1　原理和特点自1976年J.H.Cary等人［2］报道了在紫外光照射下纳米TiO2可以使难降解的多氯联苯脱氯以来，迄今已发现有数百种有机污染物可通过光催化处理。其作用原理［3］是，在紫外光照射下，纳米TiO2表面会产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH)，使水中的有机污染物氧化降解为无害的CO2和水。纳米TiO2光催化氧化技术的优点是：①降解速度快，一般只需几十分钟到几小时

3、即可取得良好的废水处理效果；②降解无选择性，几乎能降解任何有机物，尤其适合于氯代有机物、多环芳烃等；③氧化反应条件温和，投资少，能耗低，用紫外光照射或暴露在阳光下即可发生光催化氧化反应；④无二次污染，有机物彻底被氧化降解为CO2和H2O；⑤应用范围广，几乎所有的污水都可以采用。1.2　试验研究情况(1)有机磷农药废水处理。20世纪70年代发展起来的有机磷农药占我国农药产量的80%以上，其生产过程中有大量的有毒废水产生。目前对有机磷农药废水的处理多采用生化法，处理后废水中有机磷的含量仍然高达30mg/L，

4、迄今尚无理想的解决办法。据报道［4］，采用纳米TiO2*.SiO2负载型复合光催化剂，利用其光催化活性及高效吸附性，能使有机磷农药在其表面迅速富集，随光照时间的延长，有机磷农药的光解率逐渐升高，光照80min，试验用敌百虫已完全降解。(2)毛纺染整废水处理。把表面涂覆有纳米TiO2膜的玻璃填料填充于玻璃反应器内，通过潜水泵使废水在反应器内循环进行光催化氧化处理［5］。由于纳米TiO2具有巨大的比表面积，与废水中的有机物接触更为充分，可将它们最大限度地吸附在其表面，并迅速将有机物分解成CO2和H2O，处理

5、效果优于生物处理和悬浮光催化氧化处理，COD去除率和脱色率均较高。催化剂能连续使用，不需要分离回收，便于工业应用。(3)氯代有机物废水处理。日本东京大学野口真用纳米TiO2光催化剂与臭氧联合进行水的净化处理［6］。在模拟废水处理的试验中，以16mg/L3-氯-酚的水溶液为模拟废水，分别采用纳米TiO2光催化剂与臭氧联合、单独用光催化剂纳米TiO2和单独用O3三种方法对其进行处理。纳米TiO2光催化剂与臭氧联合处理2h后，3-氯酚的残留浓度已为0，效果明显高于其他两种方法。用内表面涂覆纳米TiO2光催化剂

6、的陶瓷圆管处理5.5mg/L苯酚和三氯乙烯水溶液的试验表明，苯酚在1.5h后完全分解，三氯乙烯也在2h内完全分解。(4)含油废水处理。含油废水中所含的脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物很难降解，使用纳米TiO2，利用其光催化降解功能，可以迅速地降解这些有机物［7］。1.3　应用前景纳米TiO2光催化氧化技术在彻底降解水中的有机污染物和可以利用太阳能等方面有着突出的优点，特别是当水中的有机污染物浓度很高或用其他方法难以处理时，具有更明显的优势，是其他传统方法无法比拟的，尤其是近年来高效率的光催化剂、

7、纳米粒子负载和金属掺杂、光电结合的催化方法以及太阳能技术的研究开发，使纳米TiO2光催化氧化应用于水处理领域有着良好的前景。目前，日本、美国、加拿大等国家已尝试把纳米TiO2光催化氧化技术用于水处理，但大都处于实验室研究阶段，关于工业规模的应用开发鲜有报道。如何尽快实现工程化，有待各相关领域的研究人员进一步努力。2　纳滤(米)膜技术2.1　原理和特点膜分离是利用膜对混合物中各组分的选择渗透作用性能的差异，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分混合的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜孔径

8、处于纳米级，适宜于分离分子量在200～1000，分子尺寸约为1nm的溶解组分的膜工艺被称为纳滤(NF)。NF膜分离需要的跨膜压差一般为0.5～2.0MPa，比用反渗透膜达到同样的渗透能量所必需施加的压差低0.5～3MPa。根据操作压力和分离界限，可以定性地将NF排在反渗透和超滤之间，有时也把NF称为"低压反渗透"或"疏松反渗透"。20世纪70年代J.E.Cadotte研究NS-300膜，即为研究NF膜的开始［8］。当时，以色列脱盐公司用"混