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含油废水作为工业生产的副产品来源广泛，其来源包括石油和天然气、食品和饮料、航运和海事、制革、纺织、金属和机械加工等行业。含油废水的肆意排放会对生态环境造成不利影响，导致巨大的经济损失。含油废水的处理是环境工程领域亟需解决的问题。
与传统技术相比，膜技术具有渗透通量高，占地面积小，自动化程度高，不需要额外的化学品投入等优点，是一种经济有效处理乳化含油废水的技术。然而，传统的膜技术由于油滴在膜表面沉积容易引起的膜污染问题，会导致膜的通量及使用寿命降低，能量损耗和维护成本增加。亟需设计开发经济有效的膜技术克服以上问题。
光催化技术可利用取之不尽的太阳能，在环境净化、医疗卫生、防臭消臭等领域起到降解有机物和消毒杀菌的作用，得到广泛应用。但是反应器中悬浮的光催化剂粉末，很难从处理过的水中分离出来并进行二次利用，有可能造成二次污染。光催化技术与膜技术的结合，可以在油水分离的同时降解有机污染物，减少孔径阻塞，防止油层的形成，从而提高膜通量及使用寿命;同时也解决了光催化剂难于回收的问题。因此，本文通过制备复合半导体光催化剂g-C3N4/TiO2-PVDF超滤膜，利用该材料优异的光响应能力，构建超亲水/水下超疏油界面，以达到分离乳化油水的目的。主要研究内容和结果如下:
(1)使用sol-gel法制备了g-C3N4/TiO2复合半导体光催化剂，通过XRD、UV-vis等方法证实g-C3N4与TiO2成功结合，且复合材料光响应能力提升。通过化学键合法制备g-C3N4/TiO2-PVDF膜，分析了膜的形貌结构与理化性质。结果显示，复合材料成功负载于基底膜表面，膜表面粗糙度降低，孔隙率提高，膜表面亲水性显著提高;更重要的是，在光驱动下，膜表面获得了超亲水/水下超疏油性质，表现出潜在的渗透性能、截留性能和抗污染性能。
以煤油、甲苯、大豆油、己烷、石油醚五种乳化油水为模拟污染物，探究了在可见光驱动下g-C3N4/TiO2-PVDF膜的油水分离性能、抗污染性能、再生性能。结果表明，可见光照射可明显提高复合膜的各项性能，与黑暗条件下相比，其纯水通量可提升2.2倍;截留效率可提升至97.7％以上;截留通量可提升至371LMH以上;在连续12h分离实验中，截留通量损失率只有28.7％;经光照再生后的截留通量几乎完全恢复，截留效率始终高于99％。复合膜对油水乳化液的高效分离、抗污染性能和再生性能得益于光催化下在复合材料表面生成的·OH，·OH的存在有助于构建超亲水/水下超疏油界面，在分离乳化油水的过程中，水分子于该界面附近形成一层水膜，在隔绝油滴入侵的同时使水顺利通过。此外，·OH可降解膜表面的有机污染物，促进了膜的快速再生。
(2)使用水热法制备不同晶型的TiO2(001)型光催化剂，并将其与g-C3N4结合，通过层层组装法制备了g-C3N4/TiO2-PVDF膜。结果显示，取g-C3N4/TiO2材料负载量0.61mg/cm2时，油水分离效果最佳。
以煤油、甲苯、大豆油、己烷、石油醚五种乳化油水为模拟污染物，探究在可见光驱动下g-C3N4/TiO2-PVDF膜的油水分离性能、抗污染性能、再生性能。结果表明，可见光驱动的复合膜纯水通量可达2003LMH;在具有极高的截留效率(大于99％)的同时，截留通量可达665LMH;经过6h的连续截留实验，光催化膜的截留通量仍然可达264LMH;在8次光照再生实验中，光催化膜表现出稳定的高截留通量及效率。
(3)相较于g-C3N4/TiO2(101)-PVDF膜，g-C3N4/TiO2(001)-PVDF膜在光响应能力、截留效率、截留通量等方面具有明显优势。究其原因主要是PVDF膜上负载的不同复合材料起到关键作用。g-C3N4/TiO2(001)的粒径明显小于g-C3N4/TiO2(001)的，而且其表面积更大，光电流密度、电荷转移率更高，意味着反应活性位点的增多及反应活性的增强，使其具有更加优异的光响应能力，在相同条件下，g-C3N4/TiO2(001)所能产生的·OH更多。
与传统技术相比，膜技术具有渗透通量高，占地面积小，自动化程度高，不需要额外的化学品投入等优点，是一种经济有效处理乳化含油废水的技术。然而，传统的膜技术由于油滴在膜表面沉积容易引起的膜污染问题，会导致膜的通量及使用寿命降低，能量损耗和维护成本增加。亟需设计开发经济有效的膜技术克服以上问题。
光催化技术可利用取之不尽的太阳能，在环境净化、医疗卫生、防臭消臭等领域起到降解有机物和消毒杀菌的作用，得到广泛应用。但是反应器中悬浮的光催化剂粉末，很难从处理过的水中分离出来并进行二次利用，有可能造成二次污染。光催化技术与膜技术的结合，可以在油水分离的同时降解有机污染物，减少孔径阻塞，防止油层的形成，从而提高膜通量及使用寿命;同时也解决了光催化剂难于回收的问题。因此，本文通过制备复合半导体光催化剂g-C3N4/TiO2-PVDF超滤膜，利用该材料优异的光响应能力，构建超亲水/水下超疏油界面，以达到分离乳化油水的目的。主要研究内容和结果如下:
(1)使用sol-gel法制备了g-C3N4/TiO2复合半导体光催化剂，通过XRD、UV-vis等方法证实g-C3N4与TiO2成功结合，且复合材料光响应能力提升。通过化学键合法制备g-C3N4/TiO2-PVDF膜，分析了膜的形貌结构与理化性质。结果显示，复合材料成功负载于基底膜表面，膜表面粗糙度降低，孔隙率提高，膜表面亲水性显著提高;更重要的是，在光驱动下，膜表面获得了超亲水/水下超疏油性质，表现出潜在的渗透性能、截留性能和抗污染性能。
以煤油、甲苯、大豆油、己烷、石油醚五种乳化油水为模拟污染物，探究了在可见光驱动下g-C3N4/TiO2-PVDF膜的油水分离性能、抗污染性能、再生性能。结果表明，可见光照射可明显提高复合膜的各项性能，与黑暗条件下相比，其纯水通量可提升2.2倍;截留效率可提升至97.7％以上;截留通量可提升至371LMH以上;在连续12h分离实验中，截留通量损失率只有28.7％;经光照再生后的截留通量几乎完全恢复，截留效率始终高于99％。复合膜对油水乳化液的高效分离、抗污染性能和再生性能得益于光催化下在复合材料表面生成的·OH，·OH的存在有助于构建超亲水/水下超疏油界面，在分离乳化油水的过程中，水分子于该界面附近形成一层水膜，在隔绝油滴入侵的同时使水顺利通过。此外，·OH可降解膜表面的有机污染物，促进了膜的快速再生。
(2)使用水热法制备不同晶型的TiO2(001)型光催化剂，并将其与g-C3N4结合，通过层层组装法制备了g-C3N4/TiO2-PVDF膜。结果显示，取g-C3N4/TiO2材料负载量0.61mg/cm2时，油水分离效果最佳。
以煤油、甲苯、大豆油、己烷、石油醚五种乳化油水为模拟污染物，探究在可见光驱动下g-C3N4/TiO2-PVDF膜的油水分离性能、抗污染性能、再生性能。结果表明，可见光驱动的复合膜纯水通量可达2003LMH;在具有极高的截留效率(大于99％)的同时，截留通量可达665LMH;经过6h的连续截留实验，光催化膜的截留通量仍然可达264LMH;在8次光照再生实验中，光催化膜表现出稳定的高截留通量及效率。
(3)相较于g-C3N4/TiO2(101)-PVDF膜，g-C3N4/TiO2(001)-PVDF膜在光响应能力、截留效率、截留通量等方面具有明显优势。究其原因主要是PVDF膜上负载的不同复合材料起到关键作用。g-C3N4/TiO2(001)的粒径明显小于g-C3N4/TiO2(001)的，而且其表面积更大，光电流密度、电荷转移率更高，意味着反应活性位点的增多及反应活性的增强，使其具有更加优异的光响应能力，在相同条件下，g-C3N4/TiO2(001)所能产生的·OH更多。