改性氮化碳基光催化纳滤膜对一级A出水中药物活性化合物的同步去除研究.pdfVIP

摘要

水污染和淡水资源短缺是制约我国社会经济可持续发展的重大环境和民生问题，而

膜分离技术是解决该问题的有效途径之一。纳滤（NF）膜是一种高效环保的热点技术手

段，尤其在新污染物去除方面具有良好的应用前景。然而，膜污染、渗透/选择性难以同

步提高以及无法实现对毒性污染物的消除仍是阻碍其广泛应用于城市再生水利用领域

的关键技术瓶颈。集化学降解和亚纳米级物理分离于一体的双功能光催化纳滤（PNF）

膜，在成功应对这些挑战的同时，却也存在实用性和有效性尚不完善的困扰亟待解决。

为此，本研究探讨了双功能PNF膜在连续动态过程中同步去除一级A出水中目标抗生

素的可行性。

本论文具体研究内容有以下两个方面：

(1)高温热氧化改性氮化碳（g-CN）基PNF膜的制备与性能研究：以含有0D季

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铵化碳量子点（QCDs）的聚乙烯亚胺（PEI）基聚酰胺分离层为载体，通过浸涂辅助真

空过滤技术制备了一种新型非金属、可见光响应类的N掺杂碳量子点改性g-CN

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（HNCCN）表面锚定型PNF膜。验证了其高效去除污水（新乡市小尚庄污水处理厂一

级A出水）中抗生素的可行性。结果表明，与空白NF膜相比，最佳的PNF-4膜双功能

层分别由内部紧密的亚纳米孔结构状分离层和外部较薄、亲水的介孔降解层组成。因此，

活化后的PNF-4膜可以协同地将给水中甲氧苄啶和磺胺甲恶唑的浓度降低到两个数量

级以下，同时具有几乎恒定不变的高渗透性。此外，在将污染-物理冲洗过程重复三次

并持续运行至78小时后，PNF膜面仅有零星的粘附污染物残留，且对应的R和R分别

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从无光照射条件下纳米复合（NF-QCDs）膜和PNF-4膜的17.3%和8.2%、18.7%和7.5%

显著降低到可见光照射下的7.2%和1.2%，有力地证明了活化后的PNF-4膜具出良好的

自清洁性能。同时，其渗滤液对青海弧菌(Q67)的急性和慢性生物毒性也分别从进水的

23.7%和9.96%急剧降低至2.22%和0.45%。这些研究结果表明，集降解和分离于一体的

PNF-4膜双重去除性能在连续流动过程中是协同的，极大地提高了实际水体中新污染物

的去除效率。

(2)二硫化钼量子点修饰异质结光催化剂（MSQD-CN）基PNF膜的制备及对药物

活性化合物（PhACs）的同步去除性能研究：基于以上研究结果，为了进一步增强表面

锚定双功能PNF膜的光降解能力，以及拓展其对更多新污染物的适应性。采用简单的

水热法成功合成了在水中具有高稳定性和分散度的新型MoS2量子点（MSQDs），然后

将其应用于修饰HNCCN纳米片，获得改性的MSQD-CN光催化材料，并将其负载于分

离功能层表面，制备出MSQD-CN/PA双功能光催化膜。并验证了其高效去除抗生素（如

甲氧苄啶（TMP），磺胺甲恶唑（SMX）和氯霉素（CAP））和抗癫痫药（卡马西平（CBZ））

等PhACs的可行性。探究了MSQDs的掺杂改性对PNF膜功能层的结构特性、去除性

能以及自清洁性能的影响，实验结果表明：最佳的MSQD-CN/PA膜面粗糙度和亲水性

有了显著的改善。采用添加了目标PhACs的真实水样进行性能测试时，MSQD-CN/PA

催化膜对所有选定的PhACs均达到了99%以上的去除率，并且几乎不影响透水性（渗

透通量可达23.84Lm2h1bar1）。此外，在采用真实污水进行长达78小时的污染-冲洗

三批次循环测试之后，发现MSQD-CN/PA膜的耐污染指数R和R分别由NF-QCDs膜

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的25%和14.4%显著降低到7%和1.0