一种基于氧化铜活化过硫酸盐的催化分离膜及应用的制作方法

本发明属于环境保护，涉及一种氧化铜活化过硫酸盐的催化分离膜的制备方法及应用。

背景技术：

1、近年来，随着我国的工业化进程不断发展，环境污染问题也日益浮现。其中印染行业废水排放量巨大，印染废水具有色度高、水质复杂和降解难度大等特点。印染污水的排放对人类和生物具有显著的诱变性，威胁生态系统，危害人类健康。因此对印染废水进行充分处理是非常有必要的。膜分离技术具有操作简单，出水水质稳定，自动化控制程度高等优点在水处理领域备受关注，但是在处理印染废水过程中，纤维素膜只有过滤作用，并不具有降解有机污染物的能力。目前，sr-aops是近年来兴起的一种污水处理技术，利用其产生的高效活性物种能将有机污染物矿化为co2和h2o或无毒、低毒的小分子物质。具有ph适用范围广、处理效率高、二次污染小等优点。因此，将sr-aops与膜分离技术耦合，能够高效降解污水中的有机污染物，弥补了膜分离技术彻底分解有机污染物的缺陷。膜过滤过程强化了催化功能层和有机污染物之间的传质作用，有利于提高降解效率。氧化铜因具有低毒无害，对过硫酸盐催化活性高等优点，近年来在sr-aops中被广泛应用。因此，选用氧化铜作为催化功能层，纤维素膜作为膜基底，将两者结合形成催化分离膜，可实现氧化铜原位活化过硫酸盐产生活性氧自由基，使膜兼具过滤和降解有机污染物的功能，提高膜的出水水质并减轻膜污染，对于处理染料废水展现出良好的催化活性和稳定性。

2、本发明通过抽滤和高压固定使催化功能层与膜基底结合，制备出氧化铜催化分离膜。氧化铜催化分离膜具有良好的稳定性、较宽的ph适应范围、良好的抗干扰能力、良好的适应能力以及对染料废水较高的脱色率。该催化分离膜兼具截留和降解有机污染物的功能，过滤强化了氧化铜和有机污染物之间的传质作用，有利于提高催化效率。膜基底解决了粉体氧化铜难以分离回收的问题，同时降解过程对污染物的分解有利于减轻膜污染。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于氧化铜活化过硫酸盐的催化分离膜的制备方法。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：以氧化铜作为活化过硫酸盐产生活性氧物种(主要为单线态氧)的催化层，以纤维素膜作为基底膜，通过抽滤和加压固定使催化功能层与膜基底结合，形成一体化的催化分离膜。其制备方法如下：

2、通过共沉淀方法制备氧化铜

3、步骤一，称取5-15g(优选5-8g)(30mmol)的cuno3·3h2o溶解在40ml的去离子水中，加入20-50ml(优选30-50ml)的naoh(4mol/l)。

4、步骤二，将上述步骤一中的混合溶液在80-150℃(优选90-100℃)下水热搅拌1-2h(优选1.5-2h)。

5、步骤三，将上述步骤二得到的沉淀物离心洗涤，在400-500℃(优选400-450℃)下以5-10℃/min(优选5-8℃/min)的速度煅烧2-3h(优选2-2.5h)。

6、步骤四，称取上述步骤三得到的氧化铜粉末0.01-0.1g，使其均匀分散于20-100ml(优选20-50ml)去离子水中。

7、步骤五，将上述步骤四得到的溶液通过抽滤和高压固定的方式使氧化铜粉末固定在纤维素滤膜上，制备出氧化铜催化分离膜。

8、本发明将膜分离技术与硫酸根自由基高级氧化技术(sr-aops)耦合，使膜兼备截留和降解有机污染物的功能。膜过滤过程强化了催化功能层和有机污染物之间的传质作用，提高了降解效率。

9、本发明具有以下有益效果：本发明将sr-aops与膜分离技术相耦合，制备出一种基于氧化铜活化过硫酸盐的催化分离膜，实现了原位活化过硫酸盐，使膜兼具过滤和产生单线态氧降解有机污染物的功能，提高膜的出水水质并减轻膜污染，对于染料废水展现出良好的脱色性能。

10、本发明将膜分离技术与高级氧化技术耦合，使催化分离膜兼备截留和降解有机污染物的功能。膜过滤过程强化了催化功能层和有机污染物之间的传质作用，有利于提高污染物的降解效率。膜基底解决了粉体催化剂分离回收问题，同时降解过程对污染物的分解有利于缓解膜污染。该技术不仅对有机污染物具有高效的去除效率，而且提高了膜的使用寿命。

1.一种基于氧化铜活化过硫酸盐的催化分离膜，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的催化分离膜，其特征在于：氧化铜颗粒粒径范围为300～1000nm之间，氧化铜颗粒由厚度为30～32nm氧化铜纳米片聚合或堆积而成。

3.根据权利要求1所述的催化分离膜，其特征在于：纤维素膜孔径为0.22～0.25μm。

4.根据权利要求1所述的催化分离膜，其特征在于：将氧化铜分散于水中进行抽滤负载或加压负载，催化功能层抽滤负载到纤维膜表面时远离催化功能层的纤维膜一侧抽滤形成的压力为5×10-3～5×10-2mpa(优选5×10-3～1×10-2mpa)；

5.根据权利要求1所述的催化分离膜，其特征在于：催化功能层的负载量为15～80g/m2(优选47～80g/m2)。

6.一种权利要求1-5任一所述的催化分离膜催化处理染料废水中的应用，其特征在于：以过硫酸氢钾(pms)为氧化剂，含pms染料废水穿过分离膜，催化分离膜可催化处理染料废水。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：染料废水量为100ml，pms浓度用量为100～500μl浓度为0.3～0.5mol/l，(优选100～200μl)。

8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：当pms浓度为0.5mmol/l时，催化分离膜对染料废水的脱色率可高达98％。

10.根据权利要求6或7所述的催化分离膜，其特征在于：催化分离膜所处理的无机阴离子为cl-和hco3-，水溶液均为100ml，cl-浓度为0～0.2mol/l，hco3-浓度为0～0.1mol/l。