利用光觸媒消除過濾膜之污垢阻塞問題

 

刊登日期:2022/5/18
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神戶大學研究團隊透過在多孔質支持膜上疊放具備不同機能的二維奈米材料(奈米片),開發出兼具良好透水性與光觸媒活性之奈米片積層型光觸媒膜,藉由光照射,成功抑制過濾膜之污垢阻塞問題。

在淨水處理的領域中,雖然可以藉由濾膜連續且穩定地獲得好的水質,但濾膜污垢阻塞卻是其中的問題。各式各樣抑制污垢的相關技術研究持續發展,但目前仍尚未出現完美的解決方案。

雖然以二氧化鈦等光觸媒材料導入濾膜中,藉由光催化反應也能將污染物質去除,但是這樣的光觸媒濾膜在做為水處理濾膜時需要同時具備可見光的感應性與優良的光催化活性。就此觀點來看,在濾膜材料與構造上需要好好予以設計。

奈米積層薄膜是將奈米片材料(膠態溶液)於高分子支持膜上進行簡易的抽氣過濾而製得。此研究製作出厚度約100 nm的奈米積層薄膜,並透過將鈮酸奈米片(HNb3O8)結合氮化碳奈米片(g-C3N4),以控制來自層隙間的通道距離。

濾膜性能方面,在鈮酸奈米片(HNb3O8)與氮化碳奈米片(g-C3N4)比例為75:25的情況下,確認維持奈米積層薄膜分離性能的同時,透水速度可提高8倍以上。而光觸媒的性能方面,藉由與氮化碳奈米片(g-C3N4)複合化,能夠吸收可見區域的光。此外,透過奈米積層薄膜的複合比例,大大提升了陽離子染料(羅丹明B)之光分解活性。

新開發之複合積層膜,以鈮酸奈米片積層膜做為分離膜,插入氮化碳奈米片之間的間格中,擴大了通道直徑,更增加了透水性,進而得以將約1,000分子量的90%染料分離。

另在光觸媒方面,氮化碳奈米片做為光觸媒吸取可見光的同時,鈮酸奈米片亦帶有輔助觸媒的機能。此外,透過適當地控制能帶結構,可以大幅提升光觸媒的活性。

藉由這次的實驗結果,以牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin; BSA)做為濾膜污垢進行實驗,確認利用光照射透水速率降到五分之一的奈米積層薄膜後,成功地讓透水性完全回復如初。研究團隊計畫在未來將濾膜大面積化,並致力於光觸媒膜製程之開發,期早日達到社會實用化的目標。


資料來源: https://optronics-media.com/news/20220418/76982/
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