地质聚合物膜-光催化剂耦合用于纺织废水处理：甲基蓝高效降解与过滤协同机制研究

针对纺织废水难降解染料污染问题，研究人员创新性地将地质聚合物膜(GM)与二氧化钛(TiO2 )光催化剂耦合，通过直接发泡法构建多孔结构，系统评估2.5-10 wt% TiO2 负载量对膜性能的影响。研究发现5 wt%负载量在保持高截留率(91%)的同时显著提升水力渗透性，UV光照下通过生成·OH/· O2 ? 自由基实现甲基蓝高效矿化，为解决膜污染和催化剂团聚提供新策略。

　　

纺织工业废水占全球工业废水总量的20%，其中甲基蓝等染料具有强毒性、致癌性和抗降解性，传统处理方法面临效率低、成本高等挑战。膜技术虽具有高效分离优势，但聚合物膜易污染、陶瓷膜成本高的问题亟待解决。地质聚合物膜(GM)因其独特的硅氧-铝氧四面体网络结构，兼具陶瓷膜的稳定性与低成本特性，成为新兴解决方案。然而，单纯过滤无法彻底降解污染物，而光催化技术又存在TiO₂
团聚、需后续分离等缺陷。

为此，印尼Sepuluh Nopember理工学院联合英国纽卡斯尔大学的研究团队在《Applied Clay Science》发表研究，开创性地将GM与TiO₂
光催化剂耦合。通过直接发泡法调控孔隙结构，制备2.5-10 wt%不同TiO₂
负载量的复合膜，系统研究其对甲基蓝的协同过滤-降解机制。

关键技术包括：1) 高岭土650°C煅烧制备偏高岭土；2) 过氧化氢发泡法调控GM孔隙率；3) 浸渍法负载TiO₂
；4) SEM/XRD/FTIR多尺度表征；5) 紫外光照下水力渗透性测试体系。

【材料与方法】
以印尼邦加勿里洞高岭土为原料，经碱激活剂(Na₂
SiO₃
/NaOH)聚合后，通过H₂
O₂
发泡构建三维孔隙网络。FTIR检测到993 cm^?1
处Si-O-Si特征峰，证实GM成功聚合。

【膜表征】
SEM显示TiO₂
均匀分散于GM骨架，10 wt%样品出现轻微团聚。孔隙率测试表明TiO₂
负载使开孔率从35%降至28%，但5 wt%样品因优化孔径分布展现出最佳渗透性。

【性能评估】
10 wt%样品因最低孔隙率(22%)实现100%截留率，但水力渗透性仅0.5 L/m²
·h·bar。5 wt%样品在UV照射下渗透性提升40%，归因于TiO₂
生成·OH自由基降解膜表面污染物，缓解膜污染。

【结论】
该研究首次证实GM-TiO₂
耦合技术可同步实现：1) 物理截留大分子染料；2) 光催化降解小分子污染物；3) 自清洁抗污染。5 wt%负载量展现最佳协同效应，为纺织废水处理提供"过滤-降解"一体化解决方案，突破传统技术瓶颈。英国皇家工程院资助的后续研究将聚焦工业化放大生产。