新型抑菌Cu2+固载聚丙烯腈复合纳滤膜的制备及性能表征
纳滤膜作为膜分离技术的重要组成部分之一，未来发展前景广阔，因此制备出高渗透性能、高离子选择性能、强抗污染能力和化学稳定性的纳滤膜，成为研究的热点问题。本文中以亲水性能好、化学稳定性高的聚丙烯腈（PAN）多孔膜为基膜，首先对PAN多孔基膜在碱溶液中进行水解，由于PAN基膜中含有大量的—CN，能够在碱处理的过程中最终生成—COO-，使膜表面负电性增强；以正电性的高分子聚合物长链——聚乙烯亚胺(PEI)为改性材料，通过正电性的PEI与水解后呈负电性的PAN多孔膜通过静电自组装后吸附结合，实验中分别通过静态浸泡法和动态电沉积法两种方式将PEI自组装于PAN膜表面；利用交联剂对PEI与PAN膜进行交联，制备出聚丙烯腈复合纳滤膜；为了增强膜的抑菌性能和抗生物污染能力，在PAN复合纳滤膜表面固载具有抗菌性能的无机金属离子Cu2+，由于PAN复合纳滤膜中的PEI含有大量—NH2和—NH—，均能够与Cu2+发生强烈络合作用从而起到固载Cu2+的作用，以此制备出新型抑菌 Cu2+固载聚丙烯腈复合纳滤膜。 首先探索制备高具有高渗透性能和高分离性能纳滤膜的条件。实验中分别通过静态浸泡法和动态电沉积法制备出聚丙烯腈复合纳滤膜，考察了碱处理中的浓度、时间、温度，PEI处理中的浓度、时间、电流，交联处理中交联剂种类、浓度、温度、时间等条件对聚丙烯腈复合纳滤膜结构和分离性能的影响。红外谱图分析结果显示PAN多孔基膜经NaOH溶液处理后，PAN中的氰基转变为羧基；制备出分离性能最佳的PAN复合纳滤膜的条件如下：碱处理中NaOH溶液浓度为2.0mol/L，浸泡时间40min，浸泡温度50℃；PEI处理中，浸泡法PEI浓度为2.0g/L，浸泡时间4 h，电沉积法PEI浓度为1.0g/L，电沉积时间10min，电沉积电流5mA；交联过程中交联剂为GA水溶液，体积分数为0.5％，交联时间为15 h，交联温度为50℃。通过对比静态浸泡法和动态电沉积法制备PAN复合纳滤膜得出，相对于静态浸泡法，在外加电场力的作用下，动态电沉积法能够在短时间内能自组装更多的PEI，大幅缩短自组装PEI所需时间，显著提高自组装效率。 在优化的制膜工艺基础上，为了进一步增强PAN复合纳滤膜的抑菌性能和抗生物污染性能，实验选择对人体无毒害并且抑菌性能强的Cu2+与PAN复合纳滤膜中的PEI进行络合，将Cu2+牢固地固载于膜表面，制备出新型抑菌Cu2+固载聚丙烯腈复合纳滤膜。利用接触角测试、扫描电子显微镜测试、原子力显微镜测试、能谱分析、抑菌性能测试、抗生物污染测试和过滤海水实验测试对膜进行性能表征，结果显示，亲水性能强的聚合物高分子PEI增强了PAN基膜表面的亲水性能，并且使膜表面粗糙度降低，当疏水性Cu2+固载于复合纳滤膜表面后，膜的亲水性呈现小幅度降低；Cu2+固载聚丙烯腈复合纳滤膜对大肠杆菌起到明显的抑制效果，以PAN基膜为空白参照时，未固载Cu2+的PAN复合纳滤膜的抑菌率仅为7.1%，而固载Cu2+后纳滤膜的抑菌性高达95.7%；且Cu2+固载聚丙烯腈复合纳滤膜在6个月中表现出对藻类等微生物等良好的抑制效果；膜进行稳定性能测试中，对2.0g/LMgCl2溶液的水通量维持在21.92-25.66 L/(m2·h)之间，脱盐率介于77.71-83.15%之间，膜稳定性能良好；过滤海水实验中，膜的水通量稳定在20.39-21.46L/(m2·h)之间，对海水的脱盐率介于58.26-62.87%之间，展现了广阔的实际应用前景。综上所述，新型抑菌Cu2+固载聚丙烯腈复合纳滤膜在保证良好分离性能的同时，发挥了优良的抑菌性能和稳定性能。期待以上研制成果能够为新型抑菌纳滤膜的制备开辟新途径，并进一步扩大其在水处理领域中的应用。
抑菌Cu2+固载聚丙烯腈;复合纳滤膜;性能表征;抑菌性能
中国海洋大学
硕士
海洋化学
高从堦
2013
中文
TQ028.8
99
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）