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抑菌性抗污染聚醚砜超滤膜的制备及性能表征

王汉敏  
【摘要】:本研究基于海水淡化预处理过程中超滤膜污染问题,研究制备一种新型的含辣素抗菌活性结构的超滤膜以改善其抗微生物污染的能力。实验以聚醚砜为基本超滤膜材料,通过浸入沉淀相转化法制膜,对聚醚砜超滤膜的制膜工艺参数进行了优化。首先实验了不同溶剂(DMF、DMAC、NMP)和添加剂(LiCl、PEG400、TW80)的种类对膜结构和通量截留性能的影响;然后通过正交实验法,以膜的纯水通量为考察指标,分析了聚醚砜浓度、添加剂浓度和凝胶浴的温度及组成对膜性能的影响程度。 在优化的制膜工艺基础上,以18%聚醚砜为膜材料,DMAC为溶剂, LiCl和PEG400为复配添加剂制备超滤膜,选用一种具有抗菌活性的新型辣素衍生物单体MBHBA,对聚醚砜超滤膜进行改性。通过热重分析了改性前后聚醚砜膜的热分解过程,证明了具有抗菌活性MBHBA单体的引入;扫描电子显微镜(SEM)表征了改性前后膜的表面和断面形貌的变化;接触角测试了改性前后膜的亲水性能变化;通过纯水通量和对1.0g/L牛血清蛋白(BSA)溶液截留率的测定表征了膜的基本分离性能;最后通过菌落计数法,以大肠杆菌为指示菌株,测试了改性膜的抗菌性能。结果显示,MBHBA单体的引入,使改性后的聚醚砜超滤膜亲水性略有增大;当MBHBA含量为1%时,膜纯水通量由120.6L/(m2·h)增加到139.2L/(m2·h),且随着MBHBA含量的增多水通量增大更明显,而截留率逐渐下降,当MBHBA含量为6%时,截留率下降为65.8%;抗菌实验结果显示改性后聚醚砜超滤膜对大肠杆菌的抑菌率达到70%以上。 为了进一步增加聚醚砜膜的抗污染能力,实验选择良好亲水性单体(丙烯酸、丙烯酰胺)与MBHBA单体进行共聚制备辣素聚合物,将其与聚醚砜共混改性制膜,从而使改性后的超滤膜既有一定抑菌性能,又具有良好的亲水性以提高其抗蛋白类污染的能力。在偶氮二异丁腈作用下,引发MBHBA单体中的不饱和双键产生自由基,与丙烯酸、丙烯酰胺共聚反应合成辣素聚合物。红外光谱表征了辣素聚合物中亲水基团和MBHBA特征官能团的存在;辣素聚合物抗菌实验测定了其对大肠杆菌的抑菌率在低浓度下(<5mg/mL)较小,随着浓度的增大,抑菌率增加,当辣素聚合物浓度为30mg/mL时,能强烈抑制大肠杆菌的生长。选择合成的辣素聚合物中抗菌性能良好的两种聚合物PⅡ和PⅣ与聚醚砜共混制备改性超滤膜。通过SEM、接触角、水通量以及截留率和抗菌性的测试表征了改性膜的形貌结构、亲水性、透过分离性能和对大肠杆菌的抑菌率。结果显示,辣素聚合物与聚醚砜共混改性的超滤膜亲水性有很大提高,当辣素聚合物含量为3%时,接触角由未改性膜的74°降低到60°以下,但因为致密膜孔结构的影响,此时水通量有很大降低。当铸膜液中辣素聚合物含量在1%以上时,改性膜获得良好的亲水性能,透过截留性能和对大肠杆菌较高的抑菌率。


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