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光催化抗菌多功能纳米复合膜在新兴污染物水处理中的应用
2020/3/30 10:18:41 易丝帮

DOI:10.1016/j.chemosphere.2020.126299

新兴污染物代表了一个新的全球性水质问题。这些化合物进入环境后,会对水生环境和人类健康造成严重威胁,并且通常对传统的废水处理具有抵抗力。本研究采用银纳米粒子对TiO2纳米粒子表面进行功能化处理,制备了含不同浓度TiO2和Ag-TiO2的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)的溶剂浇铸和电纺膜,从而进一步生产多功能材料。通过紫外光(UV)和可见光辐射降解诺氟沙星,考察了纳米复合材料的光催化活性。结果表明,含Ag-TiO2的纳米复合材料的降解率最高:紫外光降解率为64.2%,可见光降解率为80.7%,降解时间分别为90分钟和300分钟。此外,还验证了膜的可回收性。最后,实验研究了纳米复合膜的抗菌活性,证明了Ag-TiO2/PVDF-HFP纳米复合膜作为多功能光催化抗菌膜在水修复中的应用。

 

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图1.Ag-TiO2纳米复合材料的合成步骤示意图。


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图2.溶剂浇铸Ag-TiO2/PVDF-HFP膜的制备示意图。


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图3.Ag-TiO2/PVDF-HFP电纺纤维膜的制备示意图。


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图4.Ag-TiO2纳米复合材料的STEM-HAADF显微照片(a)和(b)。(c)Ag-TiO2纳米复合材料的STEM-HAADF-EDX图像,其测量点表示为:Ag(1)和TiO2(2);带有点1和2元素鉴定(Ag,Ti,O和C)的EDX光谱;原始TiO2和Ag-TiO2纳米复合材料的X射线衍射图以及锐钛矿(A)和金红石(R)相的代表性峰的鉴定(e);原始TiO2和Ag-TiO2的紫外-可见反射光谱(f)。插图显示了两个样本在[F(R)] 1/2=0时的带隙估算。


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图5.(a),(b),(c)溶剂浇铸和(d),(e),(f)电纺膜的SEM显微照片:PVDF-HFP(a和d)、10%TiO2/PVDF- HFP(b和e)和10%Ag-TiO2/PVDF-HFP(c和f)。


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图6. (a),(b),(c)溶剂浇铸和(d),(e),(f)电纺膜的FTIR,DSC和接触角。


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图7.在90分钟紫外线辐射下,用a)溶剂浇铸和(b)电纺膜对NOR进行光催化降解。


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图8.在5小时可见光辐射下,用a)溶剂浇铸和(b)电纺膜对NOR进行光催化降解。


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图9.在90分钟紫外线辐射下,10%Ag-TiO2 /PVDF-HFP(a)溶剂浇铸和(b)电纺纤维膜连续三次使用时,NOR(CO=5 mg/L)的光催化降解。在5小时可见辐射下,10%Ag-TiO2 /PVDF-HFP(c)溶剂浇铸和(d)电纺纤维膜连续三次使用时,NOR(CO=5 mg/L)的光催化降解。


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图10.(a)可重复使用性试验之前(b)和之后(b)(显示膜厚度)10%Ag-TiO2/PVDF-HFP纳米复合膜(溶剂浇铸);可重复使用性测试之前和之后的多孔尺寸分布(c)。


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图11.提出的NOR的光催化降解机理。


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图12.在紫外线辐射下,使用10%Ag-TiO2/PVDF-HFP膜进行NOR降解的HPLC色谱图。


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图13.相对于自由生长细菌的对照组,在(a)大肠杆菌和(b)表皮葡萄球菌溶液中细菌细胞的减少。


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