微波辅助光催化-膜蒸馏反应器的耦合作用机制研究

近年来发展的光催化膜反应器，其原理在于通过光催化与压力驱动膜分离过程结合，实现TiO2悬浆光催化过程中光催化剂与溶液的分离与回收。该方法存在膜污染严重，对降解产物截留不彻底等弊端。本申请提出一种基于疏水膜的一体式微波辅助光催化-膜蒸馏反应器，该反应器以微波无极灯为光源，将帘式膜蒸馏组件置于光催化反应器内，通过微波辐照，同步进行光催化及膜蒸馏过程。该反应器充分利用疏水膜的特点，可在较低膜污染下，实现对光催化剂的高效分离。理论上，膜蒸馏可完全截留光催化降解过程中的产物（副产物），获得高品质的产水。本项目在反应器建立优化的基础上，通过考察微波辅助光催化-膜蒸馏对有机物的降解行为，重点研究微波辅助光催化与膜蒸馏的耦合作用机理，包括膜蒸馏协助光催化反应机制及微波辐射、光催化效应对膜性能、膜蒸馏传质过程及膜污染的影响机制。为微波辅助光催化-膜蒸馏技术的实际应用提供理论基础和科学依据。

本项目提出微波辅助光催化-膜蒸馏反应器，旨在解决传统光催化-膜反应器膜污染严重、产水水质不高的弊端。主要的研究工作包括：第一，建立并优化一体式微波辅助光催化-膜蒸馏反应器，并用于典型偶氮染料活性黑的降解，系统考察操作参数对活性黑降解效率及产水通量的影响，并对活性黑降解过程及跨膜产物进行分析，明确影响膜蒸馏产水水质的原因；第二，研究分置式与一体式微波辅助光催化-膜蒸馏反应器对活性黑的降解过程，确定了微波加热对于降低膜蒸馏温度极化，提高膜蒸馏产水通量的促进作用；第三，对微波辅助光催化-膜蒸馏降解高浓度活性黑溶液过程中膜污染进行研究，通过不同操作参数下膜蒸馏产水通量的降低情况，结合多种表征手段，研究疏水膜在活性黑降解过程中膜污染的行为、机制及变化规律。通过上述研究，使我们对微波辅助光催化-膜蒸馏过程的处理效果、影响因素、膜污染有了初步的了解，为该反应器在高浓度废水深度处理的应用奠定了理论基础。研究内容与任务书基本一致，通过研究已发表文章4篇，其中SCI收录2篇，中文核心期刊文章2篇，申请发明专利1项，已进入实审阶段，达到了任务书的考核指标。