面对全球水资源短缺的严峻形势，水处理技术正面临着能耗、预处理复杂度、膜污染以及抗生素与微生物污染处理等多重挑战。光催化膜材料作为新型环境功能材料，在污水治理领域展现出独特优势，不仅能有效降解传统方法难以处理的有机污染物，而且通过膜结构设计与光催化降解产生协同效应，显著提升污水处理效率，符合绿色可持续发展理念，在污水处理领域具有战略意义。尽管如此，

光催化膜材料在污水治理中仍存在如下问题，亟待解决：一是材料稳定性不足，光催化剂负载率不高；二是太阳能利用率低，现有材料主要依赖紫外光（仅占太阳光谱5%）；三是膜-催化协同机制失衡。

近日，吉林省建筑节能技术工程实验室团队在双一区期刊《Chemical Engineering Journal》(IF=13.4)上，发表了最新研究成果“Design and Performance Investigation of Novel Efficient Photocatalysts PVP-Modified PVDF/BiOBr Composite Nanofibers Membranes for Wastewater Treatment”，毕菲老师和硕士研究生郑喆梅为该项成果的共同第一作者，王立艳教授为通讯作者。研究人员通过设计合成路线，选择既可做表面活性剂又可做模板剂的PVP对纤维膜进行改性，提高光催化剂负载率，纤维膜比表面积以及光催化膜的稳定性；同时利用具有压电效应的PVDF中的内置电场，与光催化剂之间形成准一维电荷转移路径，促进光生载流子的分离并抑制光生载流子结合，从而提高光催化降解效率。利用静电纺丝技术与溶剂热法结合，制备了负载率高、稳定性好、光催化性能优异的PVDF/BiOBr复合纳米纤维膜。

本研究以静电纺丝法制备的PVDF/PVP复合纤维膜为载体，结合溶剂热法在PVDF/PVP复合纤维膜上负载BiOBr微米球，制备了一种效率高、稳定性好、比表面积大、光催化降解性能优异的PVDF/BiOBr光催化膜。在溶剂热过程中，PVP溶解在乙二醇中，使得PVDF纤维膜产生更多孔隙，有利于BiOBr微米球负载于PVDF纤维膜上。同时PVP在溶剂热反应过程中还可以起到表面活性剂的作用，极大的改进比表面积、提高光催化活性。

图 1 PVDF/PVP复合静电纺丝复合纳米纤维的SEM图片(a, b)，样品M₃的SEM图片(c, d)

图2(a)为BiOBr粉末与样品在30 min内降解RhB的降解效率曲线图。没有经过PVP改性的样品M₀对RhB的光催化降解效率仅为50.7%，BiOBr粉末对RhB的光催化降解效率为98.6%，而PVP改性后的样品M₁、M₂、M₃、M₄对RhB的光催化降解效率分别为99.4%、99.1%、100%、100%均优于BiOBr粉末对RhB的光催化降解效率。样品M₃在25 min内的降解效率为100 %，光催化降解效率最佳。由图2(b)所示，光照30min时样品M₃对四环素的光催化降解效率为93.8%；光照60min后，样品M₃对重金属镉的光催化降解效率为74.6%。2(c)展示了样品M₃对RhB降解的吸收光谱的变化，样品M₃在黑暗环境下30分钟内对RhB的暗吸附值达到85.4%，说明样品M₃大的比表面积有利于对污染物的吸附。如图2(d)所示，经过5次循环降解RhB的实验，样品M₀、M₁、M₂、M₃、M₄分别损失了12.7%、10.4%、0.4%、0.5%、0.6%的光催化降解效率。这说明经过PVP改性后的样品M₂、M₃、M₄具有更好的循环稳定性和重复利用率。

图 2 BiOBr粉末与不同比例的PVDF/BiOBr光催化膜降解 RhB 的对比曲线图(a)，样品M₃对RhB、四环素、Cr⁶⁺的光催化降解曲线(b)，样品M₃对RhB光催化降解的吸收光谱图(c)，样品M₀、M₁、M₂、M₃、M₄ 5次循环降解RhB的光催化降解效率对比图(d)

PVDF作为一种具有压电效应的高分子材料，在机械搅拌下，样品M₃受到周期性外力激发PVDF中HOMO轨道的电子向LUMO轨道跃迁。同时促进BiOBr微米球与PVDF之间内置电场中的电荷转移，形成准一维电荷转移路径，促进光生载流子的分离并抑制光生载流子结合，从而提高光催化降解效率。

图 3 光催化膜降解机理

本研究制备的PVP改性PVDF/BiOBr光催化膜，将BiOBr微米球牢固地负载在PVDF纤维膜上相比于粉末状态的BiOBr也具有更好的光催化降解效率，M₃经过5次循环降解RhB其光催化活性仍然保持99.5%，本研究将为绿色高效光催化膜材料的发展提供新的方法和技术支持，为光催化水处理领域提供物质基础及理论支持。