膜分离技术因其操作简便、效率高、消耗低、环保等特点,被认为是一种很有前途的废水净化技术。实际的工业和生活废水成分复杂,含有不同类型的油类、有机污染物、重金属残留物、抗生素和细菌等,对分离膜提出了新的挑战。光催化分离膜是一类研究较广的多功能分离膜,在保证油水分离性能的基础上,赋予分离膜污染物降解和抗菌等功能。g-C3N4作为制备光催化多功能分离膜的重要构筑单元之一,目前多与其他材料复合来制备分离膜,其多功能性是多种组分的协同作用或异质结的构建来实现,增加了膜制备的复杂性和不可控性,也不利于g-C3N4将自身的光催化效果最大化发挥。
长安大学颜录科/晁敏团队仅采用单一海藻状g-C3N4材料构建了光催化多功能分离膜。经过水热、微波处理获得了海藻状g-C3N4光催化剂,通过真空自组装得到了粗糙度高、比表面积大、孔隙丰富的海藻状g-C3N4光催化分离膜(SCN-2),具有优异的综合水净化性能。通过系统研究,SCN-2膜对5种水包油乳液的分离效果优异,最大油水分离通量为3114.0 ± 113.0 L m-2 h-1 bar-1,最高分离效率为97.4 ± 0.1%;此外,具有大比表面积和窄带隙的海藻状g-C3N4具有优异的可见光吸收特性和加速的e--h+对传输速率,赋予了SCN-2膜优异的光催化降解和抗菌性能。其中对有机染料罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和结晶紫(CV)的光催化降解效果可达100%;同时,SCN-2膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌效率可达100%。此外,SCN-2膜在35次分离循环和10次降解循环后仍能保持稳定的效率,具有长期使用潜力。这项工作提供了单一材料实现多功能光催化分离膜的构建策略。
图2 (a) 不同膜对C/W乳液的分离通量和效率;(b) SCN-2膜分离C/W乳液前后的DLS和(c)显微镜图像(插图为照片);(d) SCN-2膜对各种乳液的分离能力;SCN-2膜对C/W乳剂的循环分离(e)通量和(f)效率
图3 (a)BCN膜和SCN-2膜的紫外-可见漫反射光谱,插图为(Ahν)1/2与hν的关系图;(b)不同膜在模拟阳光下对RhB的催化降解活性和对应的(c)速率常数;(d) BCN膜和SCN-2膜降解RhB的紫外-可见吸收光谱;(e) SCN-2膜对RhB的循环光催化降解结果;(f) SCN-2膜对MB、CV、E123、AB、NR、TC和Cr(VI)的光催化降解性能
图4 不同膜对大肠杆菌的(a)光催化抗菌效果照片和(b)光催化抗菌效率;(c) SCN-2膜对金黄色葡萄球菌的光催化抗菌效果照片;(d)SCN-2膜的光催化抗菌效率
原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202213974
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