文章来源：《工业水处理》2024年第10期
第一作者：王国辉
通讯作者：陈妹
作者单位：中海油田服务股份有限公司
合作单位：南开大学环境科学与工程学院
论文DOI：10.19965/j.cnki.iwt.2023-1081
论文引用：王国辉，闫家国，李艳丽，等. 光催化耦合膜分离系统中缓解膜污染的研究进展[J]. 工业水处理，2024，44（10）：82-91.
膜分离技术作为一种高效分离技术已被广泛应用在水处理领域，但膜污染导致膜过滤性能降低，分离效率减弱，膜寿命缩短，运行成本增加，是膜分离技术进一步推广的限制因素。光催化技术利用光能驱动，以环保且无二次污染的方式有效降解有机污染物。
因此，光催化耦合膜分离技术被认为是一种缓解膜污染的有效手段，即通过将光催化剂与膜集成，形成具备自清洁功能的光催化膜，能够在降解水中污染物的同时有效缓解膜污染问题，从而延长膜的使用寿命、提高膜分离性能。
笔者系统综述了近年来光催化耦合膜分离系统在膜污染缓解方面的研究进展，讨论了两种主要的耦合方式，即悬浮式光催化剂耦合膜系统和一体式光催化膜系统。
进一步以典型光催化剂二氧化钛为例，详细讨论了提高光催化效率的材料设计与改性策略，分析了耦合系统中膜污染问题缓解的机制，并展望了光催化耦合膜分离技术的未来发展趋势，以期为今后开展相关研究提供参考。
笔者系统综述了光催化耦合膜分离系统在缓解膜污染方面的最新研究进展。膜分离技术因其高效的固液分离性能，在污水处理和水资源回用中得到了广泛应用。然而，膜污染问题一直是限制该技术进一步发展的瓶颈，导致了膜通量下降、运行成本增加、膜寿命缩短等一系列难题。而光催化技术作为一种环保且无二次污染的高级氧化技术，可以有效降解水中的有机污染物，将其与膜分离技术耦合，被认为是一种缓解膜污染的有效手段。
文章首先介绍了光催化耦合膜分离系统的两种主要构型：悬浮式和一体式光催化耦合膜分离系统。悬浮式系统将光催化剂分散在水体中，通过膜分离固液，以提高污染物与光催化剂的接触效率。这种方式能够快速降解污染物，但光催化剂的回收和再生是面临的挑战。一体式系统则是将光催化剂固定在膜表面或膜内，通过光催化剂在膜表面的作用，实现污染物的降解与膜污染的缓解。该设计不仅可以减少光催化剂的流失，还能实现膜的自清洁功能。
文章以二氧化钛（TiO2）为例进一步讨论了光催化剂在耦合膜系统中的应用，介绍了如何通过改性提高光催化效率。二氧化钛是目前最常用的光催化剂，但其对可见光的利用率低，限制了其广泛应用。
为了解决这一问题，研究人员通过掺杂贵金属（如银、金）、非金属元素（如氮、碳）、构建异质结等方式，提升二氧化钛的光催化活性和光子利用效率。例如，掺杂贵金属可以提高光催化剂的电荷分离效率，减少电子-空穴对的复合，从而提高污染物降解能力。
光催化耦合膜分离系统的另一个关键创新点在于其抗菌性能和自清洁能力。光催化剂在光照下产生的活性氧（ROS）不仅可以氧化降解污染物，还能够杀死附着在膜表面的微生物，缓解生物污染的发生。这一特性使得光催化膜具有长效的抗污染能力，减少了传统膜清洗的频率和运行成本。
此外，文章还探讨了光催化耦合膜系统在实际应用中面临的挑战与未来发展方向。尽管光催化技术在实验室条件下表现出优异的性能，但在实际水处理系统中仍存在光利用率低、光催化剂稳定性不足、系统放大应用困难等问题。
未来的研究重点将包括开发高效、低成本的可见光驱动光催化剂，以及优化耦合系统的构型设计，以提高光催化剂的稳定性和抗污染能力。与此同时，探索更经济可行的膜材料和制备方法，使得光催化耦合膜技术能够在实际工程中得到广泛应用。
第一作者：王国辉，工程师。E-mail：wanggh14@cosl.com.cn。
通讯作者：陈妹，博士，讲师。E-mail：meichen1228@nankai.com。
（来源：《工业水处理》2024年第10期）
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