PVDF基印迹光催化膜的制备及其选择性光降解四环素残留污染物的研究

作     者：王盼盼 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄勇强

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：光催化膜 印迹技术 PVDF基膜 选择性光降解 四环素残留 

摘      要：四环素(TC)是四环素类抗生素中最常见的一种,对多种微生物都具有很好的抑制作用。因其性能优越,价格低廉,副作用小等优点,目前被广泛应用于临床、养殖业和畜牧业等领域中。然而,TC残留污染物进入水环境之后会造成严重污染,进而对水环境生态系统及人类健康造成威胁。光催化膜具有高效的光催化作用、稳定且无二次污染的优点,在提高膜材料寿命、实现膜自清洁的同时还能提高光催化剂的稳定性和重复使用性,这些优势使其被广泛应用于水污染治理领域。聚偏氟乙烯(PVDF)由于其对溶剂的选择较简单,易溶于有机溶剂,成膜后的PVDF膜具有优良的柔韧性、稳定性和耐酸碱腐蚀性等优点而被广泛用作膜基底材料。因此,采用PVDF基光催化膜能够实现TC残留污染物的有效治理。然而,由于在实际水环境中,TC残留的浓度较低,且除了高毒性的TC残留污染物,还存在其它无毒无害甚至可资源再利用的物质。而光催化膜技术不具备选择性治理能力,对高毒性、低浓度TC残留的去除程度有限,不利于水环境的高效治理且可能造成资源浪费。印迹技术是对特定目标分子具有高选择性和特异性吸附能力的聚合物的制备和应用技术。因此,在PVDF基光催化膜的基础上引入了印迹技术可以实现水中微量、高毒性的TC残留污染物的选择性去除。综上,本论文以选择性处理水体中TC残留污染物为出发点,采用PVDF基印迹光催化膜来实现选择性光降解TC残留污染物的目的。通过对不同材料和体系进行系统、深入研究,探索技术和方法上的普适性,旨在为水体中微量、难降解的特定污染物的高效选择性治理奠定理论和实践基础。主要研究内容如下:(1)以TC为模板分子,g-CN为基体,PDI为功能单体,制备了PVDF基PDI/g-CN印迹光催化剂(IM-PDI/g-CN),并以PVDF膜为基膜,通过真空抽滤法制备了PVDF基PDI/g-CN印迹光催化膜(IM-PDI/g-CN膜),并将其应用于TC残留污染物的选择性光降解去除。IM-PDI/g-CN中S型异质结的构建和印迹孔穴的存在提升了IM-PDI/g-CN膜的光催化活性和选择性。实验结果表明,IM-PDI/g-CN膜对TC具有良好的光降解性能,光降解率可以达到71.88%,高于其它对比膜。此外,IM-PDI/g-CN膜具有良好的选择性降解能力其对g-CN膜、PDI膜和NIM-PDI/g-CN膜的选择性系数分别可以达到1.74、1.57和1.88。同时,IM-PDI/g-CN膜还具有良好的自清洁性和稳定性。(2)以TC为模板分子,ZnFeO为基体,POPD为功能单体,制备了PVDF基POPD/ZnFeO印迹光催化剂(IM-ZnFeO),IM-ZnFeO具有良好的磁分离特性,然后通过磁感应相转换法制备了PVDF基POPD/ZnFeO印迹光催化膜(IM-ZnFeO膜),并将其应用于TC残留污染物的选择性光降解去除。IM-ZnFeO中Z型异质结的构建和印迹孔穴的存在提升了IM-ZnFeO膜的光催化活性和选择性。实验结果表明,IM-ZnFeO膜对TC的光降解率可以达到75.76%。更重要的是,本实验通过提高功能单体的占比,从而提高了印迹层对光催化基体材料的包覆度,进而提高了其选择性,IM-ZnFeO膜对ZnFeO膜和NIM-ZnFeO膜的选择性系数分别可以达到2.21和2.60。此外,IM-ZnFeO膜还具有良好的自清洁能力和稳定性。(3)以TC为模板分子,BiTiO(BTO)为半导体,制备了BiTiO无机印迹光催化剂(IM-BTO),并以PVDF膜为基膜,通过旋涂法制备了PVDF基BiTiO无机印迹光催化膜(IM-BTO膜),并将其应用于TC残留污染物的选择性光降解去除。实验结果表明,由于无机半导体的印迹改性过程不需要添加交联剂等有机物,在简便印迹光催化剂合成过程的同时还不会阻碍其对光的吸收,因此IM-BTO膜对TC的光降解率可以达到76.30%,而且有机层还可能会自降解,而无机印迹材料不存在自降解,稳定性更好。同时,IM-BTO膜具有良好的选择性,其对BTO膜的选择性系数可以达到2.66。此外,IM-BTO膜还具有良好的自清洁能力和稳定性。