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分离膜的光催化改性
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摘要:膜技术作为水处理中的一种高效分离工艺，近年来备受
关注，然而膜分离过程中发生的膜污染现象是制约该工艺发
展的瓶颈。具有催化降解有机物及分离功能的催化分离膜的
开发备受关注，依靠催化膜与光催化可同时实现水中污染的
去除及减缓膜污染的目的。本文首先介绍了目前应用于催化
分离膜制备过程中的催化剂和载体膜，然后论述了催化分离
膜的制备主要方法，包括共混法、浸渍法、层层组装法、接
枝法等进行论述。
1. 引言
随着水污染问题的日趋严峻，膜分离技术在水资源利用
和环境保护方面的作用“举足轻重”已成为国内外学术界的
广泛共识［1］。膜分离技术的共同优点是能耗低、分离效率高、
操作方便、过程简单、无污染，因而该工艺的研究与应用得
到了广泛关注［2］。但膜污染却成为阻碍膜法水处理技术发展
的关键性问题，如何有效抑制膜污染的发生关系着膜法水处
理技术未来发展的前景，目前已成为众多学者开展研究的核
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心方向。新近研究发现，催化分离膜在具有膜分离功能的同
时还兼备催化活性，有望解决膜分离过程中发生的膜污染行
为，同时强化污染物去除效率。
随着TiO2 、ZnO 、石墨烯等纳米光催化材料被广泛应
用于水处理领域中，实现在光照条件下有效降解天然有机物
（NOM）、染料等各种水体污染物；同时，Lee等［3］学者发
现光催化作用能够有效减缓膜过滤过程中膜污染的发生，延
长膜材料的使用寿命。将膜材料的过滤截留作用与纳米材料
的光催化作用相结合，成为众多国内外学者的研究方向。
2.改性方法
2.1共混法
共混法是制备催化分离膜最常用的方法，这种方法是利
用搅拌或加热熔融的方法将催化剂颗粒或催化剂溶胶液与
铸膜液均匀混合来制备出催化分离膜［4］。
Yang等［5］通过将纳米尺寸的 TiO2颗粒均匀分散于
w=18% 聚砜铸膜液中，并通过相转化技术制备出聚砜/TiO 2
有机-无机复合超滤膜。实验表明，当TiO2质量分数为 w=2%
时，复合光催化膜具有最佳的膜清水通量、亲水性、机械强
度和抗膜污染性能。通过DSC和XRD分析表明，TiO2纳米颗
粒和聚合物之间发生了化学反应。
2.2浸渍法
浸渍法是将基膜浸在已经制备好的催化剂溶胶溶液中，
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通过渗透作用使催化剂组分进入载体膜内部，经物理或化学
吸附作用后，再通过焙烧等后续处理手段制备催化膜的过程
［6］
。
Zhu等［7］选用纳米棒组装 TiO2/Al 2O3复合膜为载体膜，
将其浸渍在Ti-Mn复合催化剂溶胶中，以解决催化剂流失问
题;制备过程中通过浸渍提拉，使得Ti-Mn复合催化剂渗入陶
瓷膜支撑体内部，强化了催化剂的负载量，提高了复合膜截
留能力及膜通量，解决了催化剂脱落问题。
3.3层层自组装
层层组装技术是基于物质之间的相互作用力，如氢键、
静电引力、配位键等，通过物质的交替沉积而自发形成结构
有序的功能膜的方法［8］。
Li等［9］利用纳米 TiO2中 Ti4+与-COOH中两个氧原子键
合，或与羟基间形成氢键，在复合膜上制备了新型纳米 TiO
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粒子自组装膜。张万友等［10］利用纳米TiO2中Ti4+与聚丙烯
酸中的-COOH之间形成氢键或弱的静电引力等，将纳米TiO
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组装在PVDF膜上，依靠TiO2表面原子周围具有不饱和性，
强化催化膜的吸附性能。
3.4接枝法
接枝法是通过膜材料表面的基团与被接枝的催化剂前
驱体发生化学反应，来实现表面接枝。Zhang等［11］用 Al2O3
滤膜为基膜，TiF4为浸渍液，通过氨水调节pH值、控制接枝
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时间等手段，在Al2O3滤膜孔道内接枝TiO2制得孔径均一、
孔结构有序、孔隙率大的TiO 2纳米管复合膜。
4.结语
膜法水处理技术作为一种新型的水处理技术，已经取
得了巨大的进展，但膜污染问题却成为限制其发展的关键问
题。通过改变已有高分子有机膜本体或表面特性，赋予其新
的功能特性，成为了推动膜法水处理更广泛应用的重要方
向。 目前针对有机高分子膜多采用亲水改性以提高其性能，
对其进行光催化改性的探索较少，且都停留在实验室阶段。
今后膜改性技术发展的关键方向，仍将是进行新型改性技术
方法的研究，用以开发出性能更加优越的改性膜材料。除此
以外，探索如何利用膜改性技术将高效光催化材料同高分子
有机膜进行有机结合，也将成为膜改性研究领域的重要方
向。
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