金属抗菌材料修饰导电膜抗生物污染性能研究
发布时间:2020-09-20 22:00
膜分离技术具有处理效果好,运行操作简单,无需添加化学试剂等优点,广泛应用于水处理领域中。但是,膜污染问题严重制约了膜技术的进一步应用。在膜上负载释放式杀菌剂是解决膜生物污染问题的重要手段,然而,抗菌剂流失和易被污染物覆盖问题限制了其推广应用。针对这些问题,本实验设计研究采用原位还原方法在碳纳米管表面原位生成银(铜)纳米颗粒,利用真空抽滤方法将银(铜)纳米颗粒修饰的碳纳米管负载在氧化铝陶瓷中空纤维膜表面,制成银(铜)纳米颗粒修饰的碳纳米管氧化铝陶瓷中空纤维膜(Ag(Cu)-CNT/Al_2O_3)。然后通过在膜上施加电压实现杀菌剂与电化学技术耦合,研究了耦合工艺下膜抗污染性能和抗菌剂流失情况,并揭示了电化学辅助膜分离抗污染的机理。本实验利用抑菌环法、强制贴膜法和振荡烧瓶法分别研究了Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜的抑菌性能、接触式杀菌能力和释放式杀菌能力。结果表明,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜具有良好的抑菌性能,且在实验室规模下,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜的接触式和释放式杀菌率均达到100%,为了更好地展示出功能膜的实际应用前景,研究了Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜在处理大肠杆菌(E.coli)和天然有机物(NOM)溶液时的通量变化。在处理E.coli溶液60 min后,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜相较于CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜的膜通量提高了38%;当使用Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜处理E.coli和NOM溶液时,60 min后膜通量降至原始通量的66%,相比单纯处理E.coli溶液时膜污染现象加重;当在膜表面施加负电压时,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜的通量只下降至原始通量的97%;在开路电压下,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜的银离子溶出浓度为0.17 mg/L,在施加-1.0 V电压时,其银离子溶出浓度为零;以上结果表明电化学辅助下的Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜具有较强的抗污染能力,并且电化学技术可有效减少抗菌剂的流失。经过对耦合技术研究发现,静电排斥作用和抗菌剂的杀菌作用是减缓膜污染的重要因素,同时电还原作用延缓了抗菌剂的使用寿命。同时,在Cu-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜的抑菌试验中,通过抑菌环法、贴膜法和振荡烧瓶法发现Cu-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜具有良好的抗菌性能。处理菌悬液的实验结果表明,在电化学(-1.5 V)辅助作用下,Cu-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜的通量可达单独膜分离的2.6倍。同时,铜离子释放实验表明,当外加-1.5 V偏压时,其铜离子的释放量可减少55%。以上研究结果说明,Cu-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜具有良好的杀菌性能,并且电化学辅助技术可以有效助其缓解膜污染。综上所述,电化学辅助技术不仅可以有效地缓解Ag(Cu)-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纤维膜的污染现象,还可以减缓抗菌剂的流失,为解决膜污染和抗菌剂流失问题提供了新的思路。
【学位单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:X703;TQ051.893
本文编号:2823198
【学位单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:X703;TQ051.893
【参考文献】
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1 郑捷;膜分离法提取合成氨弛放气中的氢及其应用[J];陕西化工;1997年02期
本文编号:2823198
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