Photoelectrocatalytic modification of nanofiltration membranes with SrF2/Ti3C2T to simultaneously enhance heavy metal ions rejection and permeability

纳滤 磁导率 水溶液中的金属离子 重金属 化学工程 金属 离子 材料科学 化学 环境化学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Huiqi Zheng,Xiaorong Meng,Jiao Wu,Danghao Liu,Shanshan Huo
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier BV]
卷期号:342: 140152-140152 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.140152
摘要

Heavy metal pollution can significantly harm water systems and human health. Combining photoelectrocatalytic (PEC) and nanofiltration (NF) membrane separation technologies can effectively remove heavy metal ions from wastewater. In this study, a water bath method was used to form SrF2/Ti3C2Tx (ST) nanoparticles on the surface of polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes and an additional polyamide (PA) functional layer was formed at the interface by crosslinking. ST@PA composite NF membranes (STPP) with good photocatalytic performance were obtained. The separation and catalytic properties of the STPP membranes were controlled by the ST content, which modifies the surface structure and properties of the membranes. The membrane with optimal ST crosslinking exhibited a water contact angle of 50.8°, pure water flux of 24.6 L·m-2·h-1·bar-1, and rejection rates of Mn2+, Ni2+, Cu2+, and Zn2+ of 98.8%, 95.3%, 95.7%, and 97.3%, respectively, under PEC-assisted separation with visible light illumination from a Xe lamp (300 W) and an applied voltage (2 V). The STPP membranes showed improved rejection rates of heavy metal ions under PEC-assisted operation. The mechanism for the improved membrane performance under PEC conditions was preliminarily clarified considering the relationship between the photocatalytic and filtration properties of STPP membranes along with the influence of light irradiation and an external voltage on the heavy metal ions. The generation of electrons, holes, superoxide radicals, and hydroxyl radicals during membrane operation enhances the rejection rates of heavy metal ions. Based on these results, STPP membranes are considered a promising technology for industrial applications in heavy metal removal.
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