DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.134506

目前，光催化膜技术得到了研究领域的广泛关注，因为该系统可以连续、安全地净化废水，无需分离和回收纳米级光催化剂的后处理过程。然而，由于纳米级光催化剂负载量的限制和反应位点的减少，传统的膜技术无法完全获得光催化性能。在本研究中，为了克服这些问题和当前光催化膜制造方法的局限性，作者提出了一种通用且简便的自组装方法来制备固定二氧化钛（TiO2）纳米粒子的聚偏氟乙烯（PVDF）纤维基可重复使用光催化膜，其可最大限度地增加聚合物膜表面纳米粒子的负载量和光催化反应位点。在室温下，使用聚（苯乙烯-alt-马来酸酐）作为自组装反应剂，成功地将TiO2纳米粒子以高负载量固定在电纺PVDF纤维表面。然后，对制备的光催化膜的物理化学性质和制备机理进行了系统表征。在氙灯照射下（入射光强度 = 100mW/cm2），根据各种染料溶液的降解情况，评估了含不同固定化TiO2纳米粒子负载量的膜的光催化性能。当PVDF纤维上固定化TiO2纳米粒子的负载量较高时，膜的光催化性能大大提高，这是较强烈自组装反应的结果。此外，通过吸附和光照重复染料去除过程来评估膜的可重复使用性，第20次循环后，染料去除效率仍然很高，没有任何TiO2纳米粒子泄漏。本研究提出了一种具有良好可重复使用性的光催化膜的简便制备方法，为工业应用的高效光催化膜的设计开辟了新的途径。

图1.由纳米级光催化剂和支撑材料组成的光催化过滤器的示意图，支撑材料由静电纺丝纤维和无纺布制成。

图2.电纺（a,e）SM-0、（b,f）SM-1、（c,g）SM-3和（d,h）SM-5样品的（a-d）低倍和（e-h）高倍放大FE-SEM图像。

图3.由TiO2纳米颗粒与SM样品之间自组装反应制备的（a,e）SMT-0、（b,f）SMT-1、（c,g）SMT-3和（d,h）SMT-5样品的（a-d）低倍和（e-h）高倍放大FE-SEM图像。

图4.（a）（上）PVDF/SMA（SM-5）纤维、（中）裸TiO2纳米颗粒和（下）固定TiO2纳米颗粒的PVDF/SAM（SMT-5）纤维的宽扫描，以及（b）Ti2p、（c）O1s和（d）C1s的高分辨率XPS光谱。

图5.原始PVDF（SM-0）、PVDF/SMA（SM-5）和TiO2纳米粒子固定化PVDF/SAM（SMT-5）纤维的ATR-FTIR光谱。

图6.（a）显示各种样品接触角的图表和（b-f）代表性图像；（b）裸无纺布，（c）SMT-0，（d）SMT-1，（e）SMT-3，和（f）SMT-5样品。

图7.（a）光催化过滤器对MB的光催化降解动力学和（b）一阶线性变换ln（C/C0）=kt。

图8.CIELab色彩空间中的b*值，CIELab色彩空间转换的RGB颜色，以及重复20次MB吸附和光催化去除过程后SMT-5样品的真实图像。

图9.图表显示重复20次吸附和光催化去除循环期间的b*值变化。

图10.（a,c）循环试验之前和（b,d）之后TiO2/SMA/PVDF膜的FE-SEM图像。

图11.（a）光催化循环试验前后TiO2/SMA/PVDF膜的宽扫描XPS光谱以及（b）使用XPS光谱面积计算的原子百分比。