抗菌抗污染有机超滤膜的制备及性能表征

发布时间：2017-10-23 18:36

  本文关键词：抗菌抗污染有机超滤膜的制备及性能表征

  更多相关文章： 聚偏氟乙烯 聚醚砜 有机抗菌 抗污染 超滤膜 多壁碳纳米管

【摘要】：近年来,膜分离工艺被广泛应用于饮用水净化和污水处理,并且由于其诸多优点,受到了极大的关注。然而由于PVDF、PES固有的疏水性,聚合物膜在应用过程中容易招致生物蛋白、细菌等微生物附着繁衍,在膜表面产生“生物黏膜”,引起严重的有机污染和生物污染,导致膜系统的分离效能降低,使用寿命缩短,这限制了PVDF超滤膜的应用。因此,有必要提高聚合物膜的亲水性和抗菌性。本论文致力于研究制备新型有机抗菌抗污染双功能超滤膜,通过对MWNTs氧化修饰,合成了三种MWNTs基添加剂,并将其应用于改善聚合物膜渗透通量、截留性能和抗污染性能等。首先,合成、表征了卤胺功能化MWNTs-g-CDDAC,随后以湿法纺丝工艺制备了一种具有有机抗菌抗污染双功能的新型PVDF/MWNTs-g-CDDAC中空纤维超滤膜。研究了铸膜液中MWNTs-g-CDDAC含量对聚合物膜形貌、亲水性、渗透性能、抗污染性能和抗菌性等的影响;研究结果表明:随着MWNTs-g-CDDAC添加量的增大,膜横断面中海绵状结构被抑制,而指状孔变得更加宽。MWNTs-g-CDDAC的引入能够显著改善PVDF膜表面亲水性、渗透性能和抗污染性能。当MWNTs-g-CDDAC的添加量为0.50wt%时,纯水通量达到最大,为94.7 L.m~(-2).bar~(-1).h~(-1)。抗污染性能随着MWNTs-g-CDDAC的添加而提高,当添加量为0.50wt%时达到最优,在两轮通量衰减和恢复后,通量恢复率为90.6%。制备的PVDF/MWNTs-g-CDDAC中空纤维膜具有良好的抗菌性能,M-75具有最强的抗菌性能,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为92.7%和95.2%。其次,在上一章节的研究基础上,以混和强酸溶液氧化MWNTs,将磺胺脒接枝到O-MWNTs表面,合成超支化分子“MWNTs-g-SG”。以NIPs工艺制备出一种具有有机抗菌抗污染功能的PVDF/MWNTs-g-SG超滤膜。添加剂MWNTs-g-SG对PVDF超滤膜的改善规律与第一项工作的结论相似。由于铸膜液中有3.00wt%的PVDF含量被PVP取代,而PVP作为亲水性有机物,在相分离过程中会促进相分离过程。使得聚合物膜的亚层结构未能充分发展,而下层结构却高度发达,渗透性能得到大幅提高。当MWNTs-g-SG的添加量为0.60wt%时,M-3的渗透通量为172.3 L.m~(-2).bar~(-1).h~(-1),通量恢复率为88.4%。制备的PVDF/MWNTs-g-SG超滤膜具有很好的的抗菌性能,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别是95.8%和96.7%。最后,使用Fenton试剂对MWNTs进行氧化修饰,成功将PHMB接枝到O-MWNTs表面。利用MWNTs-g-PHMB作为添加剂,制备出一种具有抗菌抗污染性能的PES/MWNTs-g-PHMB超滤膜。考察了MWNTs-g-PHMB含量对聚合物膜形貌、亲水性、渗透性能、抗污染性能和抗菌性等的影响;实验结果表明,随着铸膜液中MWNTs-g-PHMB添加量的增大,膜横断面中海绵状结构被抑制,形成更多高度发达的大孔结构。MWNTs-g-PHMB的引入不仅能够显著改善PES膜表面亲水性、表面粗糙度和蛋白质吸附等属性,而且对PES膜的渗透通量和抗污染性能也有很大的提高。当MWNTs-g-PHMB的添加量为0.50wt%时,最大的纯水通量为90.0 L.m~(-2).bar~(-1).h~(-1),PM-50经历两次通量衰减与再生实验后,通量恢复率仍能保持90.0%以上。抗菌实验证明PES/MWNTs-g-PHMB超滤膜具有优异的抗菌性能。当铸膜液中MWNTs-g-PHMB的添加量达到和超过0.25wt%后,PES/MWN Ts-g-PHMB超滤膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率超过99.0%。
【关键词】：聚偏氟乙烯 聚醚砜 有机抗菌 抗污染 超滤膜 多壁碳纳米管
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 超滤技术概述10-13
• 1.1.1 成膜原理10-11
• 1.1.2 分离性能和成膜材料11-12
• 1.1.3 改性方法12-13
• 1.2 超滤膜过程的应用及污染13-15
• 1.3 超滤膜的抗污染改性15-17
• 1.3.1 超滤膜的抗污染研究方法15
• 1.3.2 超滤膜的无机抗菌改性研究15-16
• 1.3.3 超滤膜的有机抗菌改性研究16-17
• 1.4 本课题的研究内容及意义17-19
• 第二章 PVDF/MWNTs-g-CDDAC中空纤维膜的制备及性能研究19-42
• 2.1 引言19-22
• 2.2 实验部分22-25
• 2.2.1 实验试剂22
• 2.2.2 MWNTs-OH的制备22-23
• 2.2.3 CDDAC的制备23
• 2.2.4 MWNTs-g-CDDAC的制备23-24
• 2.2.5 PVDF/MWNTs-g-CDDAC中空纤维超滤膜的制备24-25
• 2.3 膜的表征25-28
• 2.3.1 MWNTs-g-CDDAC的表征25
• 2.3.2 铸膜液流变性能表征25-26
• 2.3.3 膜形貌表征26
• 2.3.4 渗透和截留性能测试26
• 2.3.5 孔径、孔径分布、有效截留分子量与孔隙率测试26-27
• 2.3.6 亲水性测试27
• 2.3.7 抗污染性测试27
• 2.3.8 氧化态氯含量和抗菌性测试27-28
• 2.4 结果与讨论28-41
• 2.4.1 MWNTs-g-CDDAC28-32
• 2.4.2 流变性能32-33
• 2.4.3 形貌33-35
• 2.4.4 亲水性35-36
• 2.4.5 渗透通量、孔径和有效截留分子量（MWCO）36-38
• 2.4.6 抗污染性38-39
• 2.4.7 氧化态氯含量和抗菌性39-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 PVDF/MWNTs-g-SG超滤膜的制备及其性能研究42-56
• 3.1 引言42
• 3.2 实验部分42-45
• 3.2.1 实验试剂42
• 3.2.2 MWNTs-g-SG的合成42-45
• 3.2.2.1 O-MWNTs的制备42-45
• 3.2.2.2 PVDF/MWNTs- g-SG超滤膜的制备45
• 3.3 膜的表征45-47
• 3.3.0 MWNTs-g-SG的表征45
• 3.3.1 铸膜液流变性能测试45-46
• 3.3.2 形貌表征46
• 3.3.3 AFM测试46
• 3.3.4 亲水性测试46
• 3.3.5 孔隙率46
• 3.3.6 渗透和截留性能测试46
• 3.3.7 抗污染性测试46
• 3.3.8 抗菌性测试46-47
• 3.4 结果与讨论47-55
• 3.4.1 MWNTs-g-SG的表征47-49
• 3.4.2 流变性能49-50
• 3.4.3 形貌50-51
• 3.4.4 亲水性51-52
• 3.4.5 渗透和截留性能52
• 3.4.6 抗污染性52-53
• 3.4.7 抗菌性53-55
• 3.5 小结55-56
• 第四章 PVDF/MWNTs-g-PHMB超滤膜的制备及其性能研究56-74
• 4.1 引言56-57
• 4.2 实验部分57-58
• 4.2.1 实验试剂57
• 4.2.2 O-MWNTs的制备57
• 4.2.3 MWNTs-g-PHMB的制备57-58
• 4.2.4 PES/MWN Ts-g-PHMB超滤膜的制备58
• 4.3 膜的表征58-59
• 4.3.1 MWNTs-g-PHMB的表征58
• 4.3.2 形貌表征58
• 4.3.3 AFM测试58
• 4.3.4 亲水性测试58-59
• 4.3.5 静态蛋白质吸附测试59
• 4.3.6 孔隙率测定59
• 4.3.7 渗透和截留性能测试59
• 4.3.8 抗污染性测试59
• 4.3.9 抗菌性测试59
• 4.4 结果与讨论59-72
• 4.4.1 MWNTs-g-PHMB59-61
• 4.4.2 形貌61-64
• 4.4.3 AFM64-66
• 4.4.4 亲水性66-67
• 4.4.5 静态蛋白质吸附67-68
• 4.4.6 孔隙率与平均孔径68
• 4.4.7 渗透和截留性能68-69
• 4.4.8 抗污染性69-70
• 4.4.9 抗菌性70-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 总结74-76
• 参考文献76-82
• 攻读学位期间取得科研成果82-83
• 致谢83-84

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;立f超滤膜技术跨入新纪元[J];中国农村水利水电;2009年03期

2 陈剑;;立升超滤膜技术跨入新纪元[J];中国水利;2009年05期

3 本刊编辑部;;立f企业超滤膜技术跨入新纪元[J];中国给水排水;2009年06期

4 过祥鳌;超滤膜技术在分离蛋白质溶液中的应用试验[J];郑州粮食学院学报;1984年04期

5 ;超滤膜技术在纺织工业中的应用[J];毛纺科技;1990年03期

6 ;立升超滤膜技术跨入新纪元[J];中国建设信息(水工业市场);2009年03期

7 ;立f超滤膜技术跨入新纪元[J];工业水处理;2009年03期

8 易琼;;超滤膜技术处理高校实验室含铬、铜废水的研究[J];实验技术与管理;2009年02期

9 黎镜中;夏俊林;刘明轩;郑贵;;离式螺纹泵解决超滤膜污染的探讨[J];通用机械;2012年03期

10 史春明;岑远东;刘榛;;超滤膜技术研究应用现状[J];科技与企业;2012年19期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张安辉;游海平;;超滤膜技术在水处理领域中的应用及前景[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集（下）[C];2009年

2 陈良刚;陈清;;超滤膜用于反渗透的前置处理[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年

3 安藤雅明;贾世荣;谢春玲;;HYDRAcap~汶中空超滤膜技术与应用[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年

4 张逸明;;诺芮特X-Flow超滤膜技术在市政废水处理中的应用[A];2010年膜法市政水处理技术研讨会论文集[C];2010年

5 刘永康;方帷韬;张春雷;陈克诚;何华;;澄清式浸没超滤膜滤池在水厂改扩建中的应用[A];饮用水安全控制技术会议暨中国土木工程学会水工业分会给水委员会第13届年会论文集[C];2013年

6 陈霞;;超滤反渗透系统在电厂水处理的应用[A];2010年膜法市政水处理技术研讨会论文集[C];2010年

7 叶红;周芸;杨平;石顺月;;超滤膜净水水处理技术在川中丘区农村人畜饮水工程的实践[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年

8 徐志红;李磊;武法文;谭淑娟;张志炳;;聚偏氟乙烯超滤膜的改性及其在银杏黄酮精制中的应用[A];第二届全国精细化工药物（医药、农药、兽药）中间体学术交流会论文专辑[C];2005年

9 张逸明;;PENTAIR X-Flow超滤(UF)膜在冶金水处理中的应用[A];2013年全国冶金节水与废水利用技术研讨会文集[C];2013年

10 彭婷;熊玉琴;史载锋;张大帅;林强;;活性炭结合PVC超滤膜处理生活污水的实验研究[A];2014中国环境科学学会学术年会论文集（第五章）[C];2014年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 实习生 梁甜;立升超滤膜：用普通塑料替脏水“去污”[N];科技日报;2007年

2 本报记者 殷立春　通讯员 祝翔君;超滤膜技术应用前景广阔[N];经济日报;2011年

3 王娟;管式超滤膜技术解治污难题[N];中国化工报;2009年

4 本报记者 薛秀春;埃尘滤尽是清流[N];中国建设报;2014年

5 本报记者 范南虹 通讯员 刘苏;超滤膜技术：给农民送去洁净水[N];海南日报;2012年

6 本报记者 蒋菡;让高贵的膜平民化[N];工人日报;2010年

7 王祥明 刘铁峰;立f净水：自主创新撬动传统产业[N];中国高新技术产业导报;2007年

8 向杰;实现“效益”和“环保”双赢[N];科技日报;2008年

9 本报见习记者 崔煜晨;中国工程院院士李圭白提出 超滤膜推广关键在价格[N];中国环境报;2011年

10 王爱国;“立升”PVC合金毛细管式超滤膜助家庭用水全方位净化[N];科技日报;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张茜荃;抗污染的高通量醋酸纤维素超滤膜的研究[D];北京理工大学;2015年

2 闫津赫;化学清洗对PVDF超滤膜性能的影响研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

3 康标;抗菌抗污染有机超滤膜的制备及性能表征[D];上海师范大学;2016年

4 杨清;超滤膜应用于饮用水处理的性能及对比研究[D];浙江工业大学;2015年

5 李亚琴;醋酸纤维素超滤膜的制备及其性能研究[D];陕西师范大学;2011年

6 刘茜;诺芮特超滤膜处理地表水的研究[D];天津大学;2009年

7 刘伟;纳米纤维超滤膜的制备及其应用研究[D];吉林农业大学;2015年

8 赵虎;超滤膜去除水体藻类试验研究[D];北京工业大学;2008年

9 纪海红;超滤膜处理高得率制浆废水的研究[D];天津科技大学;2010年

10 甘小皓;微波辅助超滤膜的制备及其性能评价[D];西南石油大学;2015年

，

本文编号：1084805