Efficient Oil-water Separation at the g-C3N4/TiO2-PVDF Photoresponsive Membrane Interface： Permeability and Selectivity Differences Induced by Different Exposed Crystal Planes and Performance

doi:10.7503/cjcu20230085

Abstract

Abstract:

Membrane technology is constrained by membrane fouling of oil droplet obstruction in oil-water separation. A crucial step toward effective oil-water separation is the construction of a functional interface for selective separation of the oil-water mixture. In this paper， g-C₃N₄/TiO₂-PVDF（polyvinglidene fluoride） photocatalytic membranes with different exposed crystal planes of TiO₂ were prepared， and the effects of different exposed crystal planes on oil-water separation were studied. The experimental results show that the TiO₂（001） surface endows the g-C₃N₄/ TiO₂（001）-PVDF membrane with excellent superhydrophilicity and underwater superoleophobicsuperoil transport properties under sunlight irradiation， and compared with the TiO₂（101） surface exposed membrane， g-C₃N₄/ TiO₂（001）-PVDF membrane has better oil-water separation performance. Under visible light， the pure water flux of g-C₃N₄/TiO₂（001）-PVDF membrane reaches 2002.9 L·m^‒2·h^‒1， which is 60.8% higher than that of g-C₃N₄/TiO₂（101）- PVDF membrane， and 47.1% higher than that under dark conditions. Simultaneously， the rejection efficiency of the five kinds of oil substances is more than 99%， and the high permeation flux of 420.4—665.2 L·m^‒2·h^‒1 is maintained. The highest rejection efficiency of g-C₃N₄/TiO₂（101）-PVDF membrane is only 61.8%， and the permeation flux is less than 200 L·m^‒2·h^‒1. The mechanism of different crystal planes was explored by transient photocurrent response and electron paramagnetic resonance technology. The results showed that the g-C₃N₄/TiO₂（001）-PVDF membrane had a stronger light response current and more hydroxyl radical production. The permeation flux of g-C₃N₄/TiO₂（001）-PVDF membrane was still 264 L·m^‒2·h^‒1 after a 360 min continuous experiment. High rejection efficiency and permeation flux were always maintained in the 8 cycles of regeneration experiments. Obviously， the photocatalytic membrane with exposed TiO₂（001） has a greater permeability， selectivity， and stability， which is more appropriate for the effective separation of oil-water wastewater.

Key words: Oil-water separation, Light induced conversion, g-C₃N₄/TiO₂, Crystal face exposure

CLC Number:

O643

TrendMD:

ZU Peng, YUAN Pengcheng, WANG Shuguang, SUN Xuefei. Efficient Oil-water Separation at the g-C₃N₄/TiO₂-PVDF Photoresponsive Membrane Interface： Permeability and Selectivity Differences Induced by Different Exposed Crystal Planes and Performance[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(6): 20230085.

Figures/Tables 10

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