[发明专利]一种光催化反应凝胶膜

说明书

本发明涉及一种光催化反应凝胶膜，凝胶膜包含光催化反应位点和极性基团，光催化反应位点的周围区域为强吸附极性基团区域，强吸附极性基团区域以外的区域为非强吸附极性基团区域，强吸附极性基团区域与非强吸附极性基团区域的电荷均为正或均为负，强吸附极性基团区域的电位高于非强吸附极性基团区域的电位，强吸附极性基团区域由强吸附极性基团构成或由弱吸附极性基团集聚构成，其中弱吸附极性基团与非强吸附极性基团区域的极性基团为相同的极性基团。本发明的一种光催化反应凝胶膜能够重复利用，催化效率高，耗能小，且负载的催化剂不易脱落，有极好的工业推广价值。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，涉及一种光催化反应凝胶膜。

背景技术

近年来，随着我国经济飞速发展，同时伴随着人口的持续增长，大量污染物被排入河流湖泊等地表水生态系统中，导致流域生态环境遭到破坏，严重制约经济社会的可持续发展，影响人们的生活质量。污水处理技术及其工程应用已经成为维系社会经济可持续发展的必要组成部分。基于物理、化学和生物学原理的各种污水处理工艺不断出现，针对毒性大、难生物降解的有机工业废水，基于化学原理的光催化降解技术因具有处理效率高和耗能小等优点，已经引起广大研究者和工程技术人员的广泛关注。

传统的光催化降解水中的有机物方法是将催化剂颗粒分散到反应体系中，充分利用纳米颗粒巨大的比表面积催化分解污水中的污染物，以达到净化污水的目的，但利用这种悬浮液形式的光催化反应器，反应需要的时间长，且反应体系中的纳米颗粒很难被回收，将催化剂从污水中分离和回收的后期处理过程花费昂贵，除此之外，分散的催化剂和溶解的有机物，使得紫外光线的穿透性受到限制，光散射导致的低辐射利用率以及传质作用限制了光催化反应器的整体的污水处理能力，催化剂有可能钝化或被洗出，因此，这种形式的光催化反应器难以得到广泛的推广应用。研究人员开始研究将纳米尺度的光催化材料负载嵌入基材的内部，而不是分散在外表层，这样可以使催化剂直接接触流动的液体，且可有效降低催化剂的洗出机率，采用具有高吸附性(量)的基材，还可提高从废水中去除有机污染物的效率，避免了将催化剂分离的后处理过程。以往学者研究了将TiO₂混合进固定的载体中，如玻璃、不锈钢、纤维、碳纳米管和聚合物，但这些固载方法都有着各种各样的问题，如催化剂容易剥离、兼容性差以及复合材料的柔韧性差等。

中国专利CN101353186A公开了一种环境催化技术领域的双转盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水的方法，将TiO₂光催化剂负载在基底上用作光阳极，和阴极一起固定在转轴上组成双转盘，双转盘的下部分浸没在废水中，双转盘通过与转轴相连的碳刷用导线相连接。开动马达并控制双转盘的转速，使得双转盘的表面形成一层液膜。以紫外灯为激发光源，将TiO₂膜转盘光阳极表面的光生电子转移到转盘阴极表面，光生电子与阴极转盘表面的饱和溶解氧反应生成H₂O₂，对有机物的间接氧化和TiO₂膜光阳极转盘表面的光生空穴对有机物直接氧化，提高了降解效率，转盘的转动加快了电极表面和主体溶液物质的交换更新，但负载的催化剂TiO₂转盘快速转动时容易发生脱落现象，且TiO₂对光线的有一定的阻碍作用，妨碍了其进一步的推广应用。

因此，研究一种能够重复利用的、催化效率高、耗能小且负载的催化剂不易脱落的光催化反应凝胶膜具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种能够重复利用的、催化效率高、耗能小且负载的催化剂不易脱落的光催化反应凝胶膜。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种光催化反应凝胶膜，包含光催化反应位点和极性基团，所述光催化反应位点的周围区域为强吸附极性基团区域，光催化反应凝胶膜中强吸附极性基团区域以外的区域为非强吸附极性基团区域；

所述强吸附极性基团区域与非强吸附极性基团区域的电荷均为正或均为负；