改性PVDF膜催化过氧化氢降解水中有机污染物的效能与机理

饮用水源中的高稳定性有机污染物浓度低、种类多、危害大、去除难。采用改性膜固定催化剂的改性类Fenton氧化技术可经济高效地分解该类有机污染物，并可防止常规Fenton工艺的催化剂沉淀和流失，实现催化剂的高效利用。主要研究内容包括：改性PVDF膜的制备与表征，提高改性PVDF催化膜催化活性的方法；研究表面络合对改性PVDF膜的催化活性和水中高稳定性有机污染物去除效能的影响；研究饮用水中天然有机物和微量有机污染物在改性PVDF膜催化类Fenton氧化过程中的转化与去除规律；研究饮用水源中的本底成分对改性催化膜分解水中有机污染物的影响规律；鉴别改性类Fenton体系中的反应活性物种，研究改性类Fenton体系中高价态铁和羟基自由基的形成规律，建立系统的改性类Fenton氧化理论，为该技术在饮用水处理中的实际应用奠定理论基础。

饮用水源中的高稳定性有机污染物浓度低、种类多、危害大、去除难。采用改性膜固定催化剂的改性类Fenton氧化技术可经济高效地分解该类有机污染物，并可防止常规Fenton工艺的催化剂沉淀和流失等问题，实现催化剂的高效利用。. 本课题首次提出将PVDF超滤膜分离与类Fenton氧化相结合的改性PVDF催化膜除污染技术。通过接枝-磺化-离子交换法、浸没沉淀相转移法及溶胶凝胶法制备一系列Fe3+/PVDF、Fe3+/Cu2+/PVDF及Fe3+/TiO2/PVDF平板催化膜；采用干-湿相转化法制备Fe3+/Cu2+/PVDF及Fe3+/TiO2/PVDF中空纤维抗污染催化膜，并将其应用于水处理实际，显著地提高了水中有机污染物的去除效果。. 研究了配体与铁的络合能力对改性PVDF催化膜催化活性的影响。发现配体与铁的络合能力越强，铁的氧化还原电位就越低，其分解H2O2产生HO•的能力就越强；同时，在配体存在下更容易形成高价态铁。配体与铁的络合能力越强，配体越不易被氧化。. 基于络合氧化原理，提出一种大规模制备高价态铁的方法。铁络合物催化的类Fenton氧化过程中有高价态铁的生成，生成的高价态铁不仅具有氧化作用，同时强化羟基自由基的生成，形成高价态铁与羟基自由基协同氧化体系，进一步提高除污染效率。. 研究了水中天然有机物在改性类Fenton氧化过程中的去除和转化规律。发现松花江滤后水进行富集和分离后，NOM中HOA和HIB芳香碳含量较高，而HOB和HIN的芳香碳含量相对最低。在PVDF催化膜类Fenton氧化后，HOB，HIA和HIB的去除率较高，这为PVDF催化膜的应用奠定了基础。. 针对改性PVDF膜制备过程中的关键问题进行了进一步研究。为调控PVDF催化膜的亲水性和抗污染性，甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、改性碳纳米管、PVP-g-MMT（在蒙脱土上嫁接聚乙烯吡咯烷酮）纳米复合添加剂等被分别加入PVDF铸膜液中，采用共混法制备了多种抗污染PVDF纳米复合膜。为调控PVDF催化膜的膜孔大小和孔隙度，研究了致孔剂的种类和分子量对膜性能的影响，为高性能的PVDF催化膜的制备奠定了基础。. 采用热致相转化法（TIPS）制备了高强度和高孔隙率的PVDF/TiO2和PVDF/IL-TiO2纳米复合催化膜，并对其形貌和性能进行了研究。