含水通道仿生膜的设计与制备
海水淡化是解决当今世界水资源短缺的有效途径之一，而膜法海水淡化的关键技术在于分离膜的性能。开发新型复合膜材料来降低能耗，实现高效、轻便的净水技术，是目前膜材料领域的研究热点和发展趋势。碳纳米管(Carbon nanotube，CNT)和水通道蛋白(Aquaporin，AQP)是两种理想的水分子通道，它们具有超强的水渗透性和单一选择通过性。掺杂碳纳米管和水通道蛋白的新型复合膜克服了传统分离膜不能同时提高水通量和截留率的缺点。本文主要制备了掺杂不同含量和不同直径的碳纳米管复合膜，同时制备了能保持水通道蛋白活性的支撑磷脂双层膜，并对它们分别进行表征和测试。 本文通过相转化法制备了掺杂碳纳米管的聚醚砜(PES)复合膜，考察了不同含量和直径的碳纳米管对复合膜结构与性能的影响。通过接触角表征、全反射红外光谱(Attenuated total reflection fourier transform infrared，ATR-FTIR)表征、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，SEM)表征、原子力显微镜(Atomic force microscope，AFM)表征、水通量和截盐率的表征，得到以下结果： (1)随着碳纳米管含量的增加，复合膜的接触角呈现递减趋势，但降幅不大。ATR-FTIR验证碳纳米管确实掺杂到复合膜中；SEM表面和断面形貌可知复合膜的表面孔先增多后减少，且孔隙率先加大后降低；AFM表征得到复合膜粗糙度增大。在硫酸钠、硫酸镁和氯化钠的溶液中，同种溶液内，随着碳纳米管含量的增加，复合膜的通量和截盐率都呈现先增加后减小的趋势；相同碳纳米管的含量下，复合膜在硫酸钠溶液中的水通量最小、截盐率最大，在氯化钠溶液中的水通量最大、截盐率最小。 (2)随着碳纳米管直径的增加，复合膜的接触角呈现递增趋势，但增幅不大；SEM表面和断面图可知皮层以下存在致密明显的指状孔，向下发展出现了圆形大孔和清晰的海绵状孔结构。随着碳纳米管直径的增加，变化不明显；AFM表征膜表面粗糙度均有变化，但并没有显示一致的规律性。在硫酸钠、硫酸镁和氯化钠的溶液中，在同种溶液和相同碳纳米管的含量下，随着碳纳米管直径的增加，通量呈现降低趋势，截盐率呈现增加趋势。在硫酸钠溶液中水通量最小、截盐率最大，在氯化钠溶液中水通量最大、截盐率最小。 本文以云母为基底得到磷脂在低浓度、适宜温度下铺展时间为2 h的支撑磷脂双层膜(supported phospholipid bilayers, SPB)质量最佳。然后把上述最佳制备条件应用在纳滤膜上，制备了以NF90膜、NF270膜、NTR7250膜和NTR7450膜为基底的磷脂双层膜，并表征了支撑磷脂双层膜的形貌、亲水性和官能团，通过研究发现：以NTR7450膜为基底铺展的磷脂双层膜的粗糙度小于以其他三种纳滤膜为基底铺展的磷脂双层膜，可知以NTR7450膜为基底铺展的SPB是缺陷最少的。红外磷脂特征峰的出现，验证了磷脂双层膜上官能团的存在；形成SPB的四种纳滤膜的接触角都下降，增加了各自的亲水性，进一步证明在四种纳滤膜上制备得到了磷脂双层膜。
海水淡化;含水通道仿生膜;蛋白活性;聚醚砜
中国海洋大学
硕士
海洋化学
高从堦
2013
中文
P747;TB383
81
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）