抗生物污染反渗透膜的制备及其性能研究

发布时间：2020-05-11 20:15

【摘要】：反渗透膜技术作为一种高效、清洁的水处理分离技术,已广泛应用于诸多领域。然而,在反渗透膜应用过程中,依然面临许多挑战,其中膜污染问题是制约其进一步发展和应用的重要因素。本文采用二次界面聚合法对初生反渗透膜进行表面改性,在提高反渗透膜通量的同时,赋予膜优异的抗粘附性能和抗生物污染性能。以荷正电的壳寡糖(COS)为功能材料,采用二次界面聚合法将COS引入到初生反渗透膜表面,制得COS改性反渗透膜。COS改性后,膜表面粗糙度降低,接触角降至11.2±3.2°,改性膜的亲水性显著提高。膜的渗透通量提高了13.2%,且截留性能基本保持不变。以牛血清蛋白和溶菌酶作为模拟污染物,考察反渗透膜的抗有机物粘附性能,COS改性膜污染后的通量下降率小于未改性膜,且清洗后改性膜的通量恢复率大于91%,远高于未改性膜。将反渗透膜与浓度为1×10~6 cfu/mL的菌悬液接触污染7天后,COS改性膜的通量下降幅度远远小于未改性膜,且膜表面附着菌落较少。结果表明,COS改性反渗透膜具有较高的渗透通量,且具备较好的抗有机物和微生物粘附性能。以壳寡糖和双氰胺为原料,采用微波液相合成法,合成以COS为骨架,以双胍基为抗菌功能基团的双胍基化壳寡糖(COSG)。利用二次界面聚合法将COSG接枝到初生反渗透膜表面,制备出COSG改性反渗透膜。与未改性膜相比,COS改性膜的渗透通量提高了16.5%,截留率基本保持不变。有机物污染测试显示,COSG改性膜的通量下降率明显小于未改性膜,且清洗后,膜的通量恢复率大于93%,远高于未改性膜。将COSG改性膜分别与革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌枯草杆菌接触2小时后,膜面细菌死亡率均接近99.9%。且改性膜经过两种细菌悬浮液七天的连续污染后,仍保持优异的选择透过性能。结果表明,COSG改性反渗透膜具有较高的渗透通量,且表现出优异的抗有机物、微生物粘附和抗生物污染性能。
【图文】：

反渗透膜,结构示意图

第一章文献综述分为三个阶段：一是均质膜，以 C. E. Reid 发明的 CA 均质膜为代表，通量较低；二是非对称反渗透膜，以 Yuster、Loeb 和 Sourirajan 研发称反渗透膜为代表，其表皮层致密，，支撑层呈梯度疏松，通量较均质膜个数量级；三是复合反渗透膜，以 Filmtec 公司研发的 FT-30 芳香聚酰膜为代表，其优势是抗压密性较好和透水率较高（在相同条件下，水通称反渗透膜高约 50%~100%）[8]。复合反渗透膜是第三代分离膜，具选择透过性能、应用 pH 范围广、化学稳定性高、操作压力低等优势，目前应用最广的商品反渗透膜。如图 1-1，芳香聚酰胺复合反渗透膜通分组成，从上到下依次为致密的超薄芳香聚酰胺分离层（约 0.2 μm）、层（40~70 μm）和无纺布增强层（约 110 μm）。其分离层是通过高反应元胺和多元酰氯功能单体在多孔支撑层上界面聚合反应形成的。

示意图,表面改性,示意图,生物膜

表面的沉积而引起的[17, 19]。通常胶体污染物可以分为无机污染子。水中的无机污染物主要有硅酸铝、二氧化硅、氧化铁/氢氧化物子主要有多糖、蛋白质以及一些天然有机物[20]。膜表面形成的胶致水透过阻力的增加和严重的浓差极化现象，使膜的渗透通量降低力升高[21]。渗透膜的微生物污染是微生物在膜表面吸附沉积、生长繁殖形成的过程，“生物膜”形成的重要前提因素是微生物和营养物质（生物）的存在。微生物在生物膜的形成过程中，吸收水中的营养物质，聚合物（EPS），EPS 也会在生物膜上不断堆积，对微生物起到支用[22, 23]。上述四种膜污染类型中，有机物污染和微生物污染因其特殊性和相[30]，对反渗透水处理系统的影响最为严重[24-29]。严重的膜污染的破坏、选择透过性能的下降、寿命的缩短，且形成的生物膜会增力、堵塞膜孔，最终造成系统运行成本的提高和能源的浪费[31-3
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893

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