本发明属于膜技术领域，具体涉及一种过氧化氢增强光催化膜分离性能的方法。
背景技术：
膜分离技术是一种绿色环保、高效简便的分离技术，并于近些年被广泛应用于污水处理领域，表现出广阔的应用前景。但是，传统的膜法水处理技术主要利用膜孔筛分作用截留去除污染物，该过程对尺寸小于膜孔径的污染物去除效果不高，而且截留在膜表面或膜孔道的污染物易造成膜污染，导致膜运行通量下降，需频繁进行膜再生甚至更换膜，增加运行成本和工艺复杂程度。目前，将膜分离技术与光催化作用耦合制备功能性膜是解决上述问题的有效途径之一。该过程通过膜的筛分作用将污染物截留，同时利用光催化过程产生的光生电子、光生空穴、羟基自由基等活性物种矿化截留在膜表面的污染物，一定程度上缓解了膜污染并提高了对污染物的去除率。尽管膜分离技术与光催化技术的联用赋予了膜分离过程新的功能，但是该耦合技术也存在弊端。光催化过程光生电子空穴对复合率较高，水质条件影响光催化剂对光的吸收，光能利用率不高等因素直接限制了光催化过程中活性物种的产生效率，导致光催化膜的水处理效果不理想。因此，提高活性物种的产生效率是提高光催化膜水处理性能的关键因素。
本发明提出了一种提高光催化膜分离性能的方法，通过向反应体系中投加过氧化氢(h2o2)，在原有光催化反应的基础上，光生电子可以与h2o2发生光芬顿反应，产生羟基自由基等活性物质。同时h2o2可以在紫外光(uv)的照射下发生光解，产生羟基自由基。光催化过程、h2o2的光解(uv/h2o2)、光芬顿反应之间存在协同效应，拓宽了活性物种(主要是羟基自由基)的产生途径。众所周知，羟基自由基氧化还原电位高达+2.7v，具有较高的生物反应速率，可达到108-1011m-1s-1，是一种无选择性的强氧化剂。同时通过向光催化膜体系中引入h2o2，由于光解作用的存在，活性物种会充满整个水体系中，进而减少水质条件对光催化作用的影响，达到提高光催化膜的水处理性能的目的。
技术实现要素：
本发明主要是提供一种增强光催化膜分离性能的方法。针对光催化膜过程分离效率不高、水质条件影响光吸收进而影响光催化膜分离性能等问题，通过向光催化膜过程中投加h2o2，在多过程协同作用下提高活性物种产生效率，进而实现提高光催化膜过程分离性能的目的。
一种过氧化氢增强光催化膜分离性能的方法，步骤如下：
(1)将光催化分离膜组装到膜组件中，搭建光催化膜水处理体系，运行方式为终端过滤或错流过滤；光源采用紫外光、可见光或全波长光源，根据光催化分离膜上所用的光催化功能材料确定光源波长；光源的入射方式为单侧入射或四周环形入射；h2o2投加到原水中，投加方式为h2o2与原水混合后作为进水原液进入光催化膜水处理体系或者h2o2与原水分别直接进入光催化膜水处理体系；h2o2与原水中污染物的摩尔比为10-500:1；光催化膜水处理体系中反应ph为0-14；含h2o2的原水在光催化膜水处理体系的停留时间为1-1500s；投加h2o2后的光催化膜水处理体系中存在光催化过程、光芬顿过程(和)或h2o2光解过程，上述过程协同作用，拓宽活性物种产生路径，达到提高光催化膜分离能力的目的。
原水中包含有机污染物，可为分子粒径小于所制备光催化分离膜平均孔径的小分子有机污染物、分子粒径与膜平均孔径相当的有机污染物或分子粒径大于膜平均孔径的有机污染物。
(2)光催化分离膜抗污染性能分析
按照步骤(1)搭建系统，其中控制h2o2与原水中天然有机物的质量比为6.8-68:1；其余条件与步骤(1)完全相同，考察光催化分离膜抗污染性能。由于多过程协同作用能够拓宽活性物种产生路径，提高污染物的去除效率，进而减缓膜污染，提高膜的出水通量。
所述光催化分离膜是具有光催化功能的分离膜；所述的光催化分离膜的形式为平板膜、中空纤维膜或管式膜；光催化功能层是可响应紫外光或可见光的材料，可为二氧化钛(tio2)、碳化硅(sic)、氧化钨(wo3)、氮化碳(c3n4)。
其中以tio2纳米纤维光催化膜为例，其制备方法如下：将p25粉末分散在浓度为10mol/l氢氧化钠溶液中，p25粉末在氢氧化钠溶液中的浓度为1.67-3.33g/l，搅拌至分散均匀，200℃条件下水热反应24h制备钛酸纳米纤维，通过真空抽滤制得膜基底；以0.13-0.39ml/cm2tio2溶胶为光催化功能材料，通过真空抽滤-浸渍提拉法负载到所制备的膜基底上，以2℃/min的升温速率升温至500℃并保温2h进行转晶，制得具有光催化活性的tio2纳米纤维光催化膜。其平均孔径在350-400nm，属于微滤膜范畴。
本发明的有益效果：本发明提出了一种新型的复合膜工艺，通过向光催化膜反应体系中投加适量h2o2，显著增强了光催化分离膜的污染物去除能力和抗膜污染性能，其结果为膜分离技术在水处理领域的应用开创了新的方向。
具体实施方式
以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
下面通过三个实施例进一步说明h2o2增强光催化膜分离性能的效果。但本发明并不局限于以下实施例。
实施例一：tio2纳米纤维光催化膜对小分子有机污染物的去除。
将0.15gp25粉末分散在60ml氢氧化钠溶液(10mol/l)中，搅拌12h至分散均匀，200℃条件下水热反应24h制备钛酸纳米纤维，通过真空抽滤制得膜基底。以10mltio2溶胶为光催化功能材料，同样通过真空抽滤-浸渍提拉法负载到所制备的膜基底上，经过500℃高温煅烧2h后，制得具有光催化活性的复合功能膜。得到的tio2纳米纤维膜平均孔径在392nm。
以紫外光作为光源，将其放置在膜上方60mm处，选取终端过滤方式考察膜的水处理性能。选取分子尺寸为0.6nm的有毒有害污染物苯酚为目标物，来考察tio2纳米纤维光催化膜对小分子有机污染物的去除情况。实验结果表明，h2o2存在条件下的光催化膜表现出优良的污染物去除能力(h2o2与苯酚摩尔比为100:1)，60min内对苯酚的去除率达到89.4％，是单独膜分离过程，h2o2存在条件下非催化膜分离过程和光催化膜过程的30.0，1.6和2.0倍。上述实验验证了h2o2存在条件下的光催化膜体系中光催化过程、uv/h2o2过程和光芬顿过程的存在拓宽了活性物种的产生路径，使光催化膜反应体系展现出良好的污染物去除效率。
实施例二：tio2纳米纤维光催化膜的抗污染性能分析。
天然有机物成分复杂，普遍存在于地表水中，对水体环境和人类健康存在威胁，同时天然有机物是膜分离过程造成膜污染的主要原因。选取海藻酸钠溶液作为天然有机物代表，以实例一中的tio2纳米纤维膜为光催化功能膜，采用与实施例一中相同的光催化膜水处理体系，考察天然有机物存在条件下膜的抗污染性能。h2o2存在条件下(h2o2与海藻酸钠质量比为6.8:1)，tio2纳米纤维膜在运行的60min内，膜通量基本维持稳定，运行60min后的膜通量是单独膜分离过程，光催化膜过程的1.8倍和1.4倍。实验结果证明h2o2存在条件下的光催化膜体系具有较好的抗膜污染能力。
实施例三：tio2/碳纳米管(cnts)中空纤维光催化膜分离性能研究
通过湿法纺丝法制备了cnts中空纤维膜，利用异相成核工艺在其上负载了tio2功能层。以四氟化钛(tif4)为钛源，将其溶解在含有铵根的ph为2的溶液中，配制成浓度为0.04m的tif4溶液。将所制备的cnts中空纤维膜两端封住，置于钛源溶液中，55℃条件下通过蠕动泵循环抽取1h，制备tio2/cnts中空纤维膜。
以全波长光作为光源，将其放置在膜右侧200mm处，选取错流过滤方式考察膜的水处理性能。苯酚处理实验结果表明，仅h2o2存在条件下的光催化膜过程对苯酚有降解能力，去除率为59.2％，单膜分离过程、光催化膜分离过程对苯酚几乎无去除能力。腐殖酸是天然有机物的代表之一，本实验考察了腐殖酸存在条件下，h2o2协同光催化膜过程的膜通量变化情况。运行120min后，h2o2存在条件下的光催化膜通量无明显下降，分别是单独膜过程，h2o2存在条件下的膜分离过程(无光照)，光催化膜过程的2.5，1.7，1.3倍，展现了优异的抗污染能力。上述实验结果再一次验证了h2o2协同光催化膜过程具备良好的污染物去除能力和优异的抗污染性能。