中文摘要：

为解决膜分离过程中普遍存在的膜污染和膜通量衰减问题，本课题拟设计合成一种集光催化与分离于一体的、具有高截留率和膜通量的新型纳米二氧化钛膜材料。首先，这种膜具有长程有序的膜孔结构，膜孔均一，有效膜孔率大；其次，二氧化钛纳米晶体密度高，光催化效率大，能有效减缓膜污染。实现长程工整膜孔结构的关键在于钛醇（盐）的水解控制和有序定位组装。申请人基于软模板分子自组装原理，提出"抑水解、快定位、缓聚合、慢组装"的合成路线，通过控制钛醇（盐）的水解速度，使其水解产物在微孔陶瓷载体的表面上与两亲有机模板分子进行快速有序定位，然后缓慢实现微相转化及分离，从而合成具有大尺寸、工整有序膜孔结构的纳米二氧化钛复合膜；另外，课题还将从微观层次上研究长程有序多孔膜的形成机理及与微界面组成和微环境条件的相关性、膜孔大小及可控性，并利用光电流对膜材料的光催化性能和机理进行探讨。

结论摘要：

分离膜的性能主要取决于两个方面截留率和膜通量。膜孔大小越均一，膜截留率就越高；膜孔隙率越高，则意味着膜通量越大。和传统的有机聚合物膜相比，陶瓷膜具有机械强度高、化学和热稳定性好、寿命长等优点，在水处理等领域正在被广泛应用。其中，纳米二氧化钛(TiO2)光催化分离膜由于具有优良的亲水性及对有机污染物和细菌高效的光催化分解能力，能有效缓解膜污染和膜通量衰减的问题，正成为分离膜研究的热点。因此，研究集光催化与分离于一体的、具有高截留率和膜通量的TiO2膜具有十分重要的意义。本项目研究的内容主要有五个一是采用“新型自由基聚合”法合成出粒径尺寸为100 nm左右的系列单分散高分子聚合物微球，重点研究了PMMA微球的合成工艺，并制备了微球乳液；二是研究了微球自组装制备工整有序胶晶软模板的各种工艺，包括浸渍-提拉法、反浸渍-提拉法、重力沉积法、双片基板法等。经形貌结构分析和表征，反浸渍提拉法制备的胶晶软模板最为工整有序，厚度适中，可作为制备TiO2分离膜的模板；三是依据“抑水解、快定位、缓聚合、慢组装”研究思路，采用溶胶-凝胶法制备钛酸四丁酯(TBOT)前驱体溶胶并浸渍在胶晶软模板的微球间隙中，经凝胶、陈化、高温煅烧去除模板制得了具有高密度纳米晶体、长程工整有序膜孔结构、集光催化和膜分离于一体的TiO2分离膜；四是设计并组装了三种小型复合光催化膜分离组件和装置，对染料废水和大分子生物废水进行了光催化降解和分离的初步测试；五是从微观层次上研究长程有序多孔膜的形成机理及与微界面组成和微环境条件的相关性、膜孔大小及可控性，并利用光电流对膜材料的光催化性能和机理进行探讨。 本项目研究的创新点表现在三个方面一是首次利用Fenton试剂作为引发剂合成了具有均一纳米级尺寸的PMMA微球，并自组装形成了胶晶软模板，进而制备了具有工整有序膜孔结构的TiO2分离膜，研究成果发表在国际知名学术期刊“Journal of Colloid and Interface Science”(IF=3.07)；二是首次提出“反浸渍-提拉”法制备聚合物微球模板方法，已申报发明专利；三是研发了一种新型的嵌入式光催化分离膜水处理回用装置和一种新型的光催化滤池装置及水处理系统，已公开发明专利1项，申报发明专利1项。本项目研究对于发展新型膜分离技术、开发纳米光催化新材料及在水处理及中水回用等方面具有重要意义。