具有反蛋白石结构的高度互联三模态多孔TiO2光催化膜在水处理中的应用研究

（编辑推荐）本研究创新性地采用聚苯乙烯(PS)蛋白石模板、P123表面活性剂和NH2-MIL-125(Ti)金属有机框架(MOF)，成功构建了具有大孔-介孔-微孔三级孔道结构的反蛋白石型TiO2光催化膜。该结构通过高度有序的大孔网络促进传质，利用介/微孔提供高比表面积，显著提升了有机污染物降解效率（>90%）和抗膜污染性能，为可持续水处理技术提供了新思路。

　　

Highlight

光催化膜目前面临低渗透性和与污染物有限相互作用的问题，这归因于死端孔隙导致的膜污染和水处理效率降低，凸显了开发新型结构的必要性。本研究提出了一种合成具有反蛋白石结构的高度互联三模态多孔TiO₂膜的新方法。

Materials

苯乙烯（≥99%）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP，M_w = 55,000 g mol^?1）、乙酸（≥99%）、钛酸四异丙酯（TTIP，97%）、聚氯乙烯（PVC，M_n = 55,000 g mol^?1）、1-丙醇（ACS试剂，≥99.5%）、聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇（P123，M_n = 5,800 g mol^?1）、叔丁醇（TBA）购自Sigma-Aldrich，直接使用。偶氮二异丁腈（AIBN，99%）、乙醇（EtOH，94.5%）、二甲基甲酰胺等试剂均未经纯化直接使用。

Synthesis of the bp-TiO₂ nanostructure

图2a展示了使用P123作为软模板制备具有高度互联蠕虫状孔道的多孔TiO₂光催化层的工艺流程示意图。P123是一种由疏水性聚丙二醇（PPG）和亲水性聚乙二醇（PEG）链段组成的两亲性嵌段共聚物。亲水性的TTIP前驱体优先与亲水性的PEG域配位，而疏水的PPO域不受影响。经过煅烧后，蠕虫状孔道结构得以保留。

Conclusion

本研究成功合成并优化了具有反蛋白石结构的新型三模态多孔TiO₂膜，用于光催化水处理应用。通过PS蛋白石模板、P123表面活性剂和NH₂-MIL-125(Ti) MOF的协同作用，在TiO₂基质中构建了高度互联的宏观-介观-微观多级孔道结构。该结构不仅显著提升了传质效率，还为污染物降解提供了丰富的催化活性位点。