ZnTiO3/TiO2/PVDF光催化膜的制备及其在丁基黄药废水处理中的应用研究

为解决采矿工业中黄药废水残留导致的严重环境污染问题，研究人员通过溶胶-凝胶法制备ZnTiO3/TiO2复合光催化剂，并采用共混法将其与PVDF膜结合，开发出具有可见光响应的高效光催化膜。实验表明，该膜在多种环境条件下对丁基黄药（PBX）降解率超93%，且重复使用性能稳定，为矿山废水处理提供了绿色高效的解决方案。

　　

随着矿业快速发展，浮选工艺中大量使用的黄药（俗称"黄药"）导致尾矿废水残留，其分解产物如二硫化碳（CS₂）具有强生物毒性，严重威胁水生态和人体健康。传统处理方法如自然降解效率低下，沉淀法产生二次污染，吸附法易受环境干扰。光催化技术虽能高效降解污染物，但粉末催化剂难回收，纳米材料潜在毒性问题突出。如何开发兼具高效性、可回收性和环境友好性的处理技术，成为矿山废水治理的关键挑战。

针对这一难题，国内某研究团队在《Applied Catalysis O: Open》发表研究，通过溶胶-凝胶法制备ZnTiO₃/TiO₂复合光催化剂，并将其掺杂到聚偏氟乙烯（PVDF）膜中，构建新型ZnTiO₃/TiO₂/PVDF光催化膜系统。研究采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT-IR）和紫外-可见光谱（UV-vis）等技术表征材料特性，通过纯水通量、孔隙率和水接触角测试评估膜性能，并系统考察了掺杂量、pH、温度等因素对丁基黄药（PBX）降解效率的影响。

3.1 表征分析
SEM显示复合催化剂表面粗糙度增加，形成锐钛矿-金红石混晶结构，比表面积显著提升。XRD证实Zn掺杂诱导TiO₂晶型转变，FT-IR检测到Zn-O键特征峰，验证ZnTiO₃成功合成。UV-vis表明复合催化剂吸收边红移至410 nm，带隙降至3.02 eV，实现可见光响应。掺杂后PVDF膜孔径减小但分布更密，催化剂同时附着于膜表面和孔隙中。

3.2 光催化性能测试
当催化剂与PVDF质量比为0.4时，ZTM-0.4膜在240分钟内降解93.06%的PBX，反应速率常数达0.01274 min^-1。酸性条件（pH=3）下20分钟即完全降解PBX，45°C高温环境降解率提升至99.45%。三次循环使用后降解率仍保持54.46%，经稀硝酸清洗后可恢复至84.87%。机理研究表明，光生空穴（h⁺）和超氧自由基（•O^2-）是主要活性物质，能将PBX最终矿化为CO₂、水和硫酸盐。

该研究创新性地将ZnTiO₃/TiO₂异质结与PVDF膜结合，既解决了粉末催化剂回收难题，又通过混晶效应拓宽光响应范围。相较于传统方法，该技术具有三大优势：一是降解产物无二次污染，二是膜材料可重复使用，三是对复杂环境条件适应性强。特别是酸性条件下可同步实现PBX快速分解和CS₂的深度氧化，为矿山废水处理提供了"降解-矿化"一体化解决方案。尽管存在催化剂溶出和膜老化等未解决问题，但该研究为开发环境友好型废水处理技术提供了重要范式，在重金属选矿、印染废水等领域具有广阔应用前景。