抗污染抗菌芳香聚酰胺反渗透复合膜的制备

发布时间：2017-08-17 19:13

  本文关键词：抗污染抗菌芳香聚酰胺反渗透复合膜的制备

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【摘要】：反渗透膜分离技术因具有操作简便、运行能耗低、脱盐率高等优点,已广泛应用在海水和苦咸水淡化以及废水资源化等领域,成为一种主流的水处理技术。目前,占领市场主导的商品反渗透膜是芳香聚酰胺(PA)膜。然而,膜污染问题的存在大大增加了反渗透系统的运营成本,制备抗污染反渗透膜成为当下膜材料研究人员最具有挑战性的任务之一。通过表面改性提高反渗透膜耐污染性已有报道。但是,反渗透膜污染有微生物污染、有机物污染、无机盐沉积等多种类型,目前报道的方法多是针对某一类型的污染,限制了其在实际场合的应用。本文发展了一种基于Ugi四组分反应(Ugi-4CR)对商品聚酰胺反渗透膜进行表面改性的全新方法,一步反应固载双官能团。由于膜表面残留大量自由羧基,根据Ugi-4CR,同时接枝亲水性大分子醛基化聚乙二醇和含有端氨基的抗菌组分,这里选择三(2-氨乙基)胺(TAEA)和磺胺甲基恶唑(SMZ)两种抗菌剂,制备两种既能抗有机物和无机物污染又具有抗菌性能的改性反渗透复合膜：PA-g-PEG/TAEA和PA-g-PEG/SMZ 。用傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)分析原膜和改性膜表面的化学结构和化学组成变化,用热失重分析(TG)计算膜表面接枝率,用场发射扫描电镜(FESEM)和原子力显微镜(AFM)观察改性前后膜表面形态的变化,用动态水接触角(WCA)分析膜表面亲水性的变化。同时,用错流渗透测试评价反渗透膜的抗污染性能,在进料液中加入牛血清蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)模拟有机物污染,加入高硬度无机盐模拟无机物污染。经过48小时的污染测试,对于BSA、SA和无机盐污染,原膜的通量分别衰减了37.3%、34.6%和46.7%,而两种改性膜均仅衰减了10.0%左右,经过短时间的纯水洗涤,原膜的通量恢复率仅为70.0%、78.2%和64.4%,而改性膜均在95.0%以上。以革兰氏阴性的大肠杆菌和革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌为细菌模型,用菌液震荡法评估膜的抗菌性能,结果表明：原膜对于两种细菌没有明显的抑制作用,对于PA-g-PEG/TAEA,在震荡4h后,对两种细菌的抑菌率分别为67.9%和78.3%,但经过24 h后,细菌大量繁殖菌液浓度升高,此时抑菌率明显下降,抗菌效果无法体现；对于PA-g-PEG/SMZ,不但在细菌浓度低时抗菌性显著,经24 h震荡后,即使菌液浓度很高,抗菌效果依然稳定存在,对两种细菌的抑菌率分别为98.6%和96.3%。
【关键词】：反渗透复合膜 表面接枝 Ugi四组分反应 抗污染性 抗菌性
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-21
• 1.1 反渗透膜分离技术基本概况9-12
• 1.1.1 反渗透膜的发展过程9-11
• 1.1.2 反渗透膜分离技术的应用11-12
• 1.2 反渗透膜污染概述12-16
• 1.2.1 反渗透膜污染的分类12-14
• 1.2.1.1 按照污染物种类划分12-14
• 1.2.1.2 按照污染程度划分14
• 1.2.2 反渗透膜抗污染改性方法14-16
• 1.2.2.1 抗有机物和无机物污染14-16
• 1.2.2.2 抗微生物污染16
• 1.3 多组分反应概述16-20
• 1.3.1 Passerini经典反应18-19
• 1.3.2 Ugi经典反应19-20
• 1.4 课题研究的意义及内容20-21
• 1.4.1 课题研究的意义20
• 1.4.2 课题研究的内容20-21
• 第二章 抗污染抗菌改性反渗透复合膜的制备与表征21-37
• 2.1 实验部分21-22
• 2.1.1 实验试剂21-22
• 2.1.2 实验仪器22
• 2.2 抗污染抗菌改性反渗透膜的制备22-25
• 2.2.1 醛基化聚乙二醇单甲醚的制备及醛化度的测定22-24
• 2.2.1.1 醛基化聚乙二醇单甲醚的合成22-23
• 2.2.1.2 醛化度的测定23-24
• 2.2.2 改性反渗透复合膜的制备24-25
• 2.3 改性反渗透复合膜的表征25-27
• 2.3.1 核磁测试25
• 2.3.2 傅立叶变换红外光谱25
• 2.3.3 X射线光电子能谱25
• 2.3.4 热重分析25-26
• 2.3.5 动态水接触角测试26
• 2.3.6 膜表面形貌分析26
• 2.3.7 膜选择透过性能分析26-27
• 2.4 结果与讨论27-34
• 2.4.1 核磁谱图27
• 2.4.2 红外光谱分析27-28
• 2.4.3 X射线光电子能谱分析28-30
• 2.4.4 热重分析30-31
• 2.4.5 动态水接触角测试31-32
• 2.4.6 膜表面形貌分析32-33
• 2.4.7 膜选择透过性能分析33-34
• 2.5 本章小结34-37
• 第三章 改性反渗透复合膜抗污染抗菌性能测试37-53
• 3.1 实验部分37-38
• 3.1.1 实验试剂37-38
• 3.1.2 实验仪器38
• 3.2 反渗透膜抗污染性能表征38-40
• 3.2.1 反渗透膜性能测试装置38-39
• 3.2.2 抗污染性能表征参数39-40
• 3.3 反渗透膜抗污染性能测试40-41
• 3.3.1 抗有机物污染测试40
• 3.3.2 抗无机物污染测试40-41
• 3.3.3 抗微生物污染测试41
• 3.4 结果与讨论41-51
• 3.4.1 抗有机物污染测试分析42-45
• 3.4.1.1 抗BSA污染测试分析42-44
• 3.4.1.2 抗SA污染测试分析44-45
• 3.4.2 抗无机物污染测试分析45-48
• 3.4.3 抗微生物污染测试分析48-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 全文总结53-55
• 参考文献55-63
• 攻读硕士学位期间发表论文及承担或完成科研情况63-65
• 一、在校期间发表论文63
• 二、在校期间承担科研项目63-65
• 致谢65

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本文编号：690629