GO/PVDF共混超滤膜的制备及其抗生物污染性能研究

将氧化石墨烯(GO)加入PVDF铸膜液中,通过浸没沉淀法制备不同GO含量的PVDF共混超滤膜,考察了GO掺杂对PVDF超滤膜亲水性和膜孔道结构的影响,并以铜绿假单胞菌进行共混膜的抑菌性能和抗生物污染性能测试.研究结果表明,共混GO可以降低PVDF膜的接触角,提高其亲水性,增大支撑层指状孔比例,提高纯水通量.当GO质量分数为0.5%时,PVDF膜接触角降低至64°,纯水通量提高64%.共混GO也大大提高了PVDF膜的抑菌性和抗生物污染性,在过滤铜绿假单胞菌溶液时,PVDF膜的不可逆阻力为5.4×10^(12) m^(-1),PVDF/0.5%GO共混膜的不可逆阻力为1.8×10^(12) m^(-1),减小了66.7%.

负载Ag纳米粒子的PPS膜的制备及其抗生物污染性能

为探究Ag纳米粒子在膜中的抗微生物污染性能,通过多巴胺(PDA)在聚苯硫醚(PPS)膜表面自聚合,形成PDA包覆的PPS膜(PPS@PDA),在碱性条件下将PPS@PDA膜浸泡在不同浓度的AgNO3溶液中,制备PPS@PDA/Ag膜;采用FT-IR、XRD、XPS、SEM等方法对改性PPS膜的结构和性能进行表征,并研究负载Ag纳米粒子的PPS膜的抗微生物污染性能.结果表明:膜的亲水性大大提升;改性后Ag纳米粒子成功地在膜的表面及内部形成;随着Ag纳米粒子浓度的增加,改性膜的抗微生物污染性能逐渐增强,对于大肠杆菌产生了(5±1)mm的抑菌圈,而对于金黄葡萄球菌产生了(3±1)mm的抑菌圈,对大肠杆菌的抗菌效果更好.

双胍基化聚乙烯胺改性制备抗生物污染反渗透膜

反渗透作为一种高效、低能耗的膜分离技术,在使用过程中极易受到生物污染的侵袭,造成膜性能不可逆下降。制备具有杀菌功能的反渗透膜可以有效缓解膜生物污染问题。采用二次界面聚合法,将合成的双胍基化聚乙烯胺(PVAm G)阳离子聚合物引入到初生反渗透膜表面,制备出具有杀菌功能的PVAm G改性反渗透膜。结果表明,改性后膜表面的微观形貌和润湿性变化不大,在中性条件下膜表面荷正电。PVAm G改性膜在不降低膜选择透过性能的同时,有效提高了抗生物污染性能。PVAm G改性膜与枯草杆菌和大肠杆菌连续接触4次后,膜面细菌死亡率每次均接近99.9%,表明PVAm G改性膜具有持久的广谱杀菌性。

抗生物污染反渗透膜的研究进展

生物污染是反渗透技术在海水淡化、污水处理等领域应用面临的重要问题之一.本文首先介绍了抗生物污染反渗透膜的重要性;其次根据抗生物污染作用机理将反渗透膜分为抗生物质吸附型和抑菌型,分别综述了这两类膜的制备方法和研究现状;简要概括了新型抗生物污染反渗透膜材料的研究进展;最后根据国内外的研究现状,对抗生物污染反渗透膜的开发进行了展望.

具有抗生物污染活性的分子筛膜用于高效油水分离

随着经济全球化的发展,频发的石油泄露事故以及工业生产时排放的含油污水已经严重威胁到水体生态环境和人体健康。传统上处理含油废水的方式主要包括离心法,撇沫法,浮选法和油吸附技术等等。然而较低的分离效率以及吸油材料后处理过程中所产生的二次污染等缺点限制了这些方法在实际中的应用。最近,基于过滤膜材料表面特殊浸润性的分离技术已被广泛用于含油废水中油污的富集和回收。其中,具有空气中超亲水/水下超疏油特性的分离膜的制备引起了人们广泛的研究兴趣。在油水分离过程中,这种分离膜可以选择性地允许水通过,同时将油污阻隔在膜的上方。然而,水中的微生物易于附着在此类亲水膜上,降低其分离性能,并最终导致膜的阻塞。在本工作中,我们利用晶种和二次水热生长技术,在不锈钢网基底上包覆了具有MFI拓扑结构的ZSM-5分子筛涂层,并进一步通过离子交换过程将分子筛孔道中70%的Na+离子取代为Ag+离子。所制备的分子筛膜(Ag@ZCMFs)在空气中表现出超双亲性(水和油的接触角均为0°),而当被浸没在水中时,其浸润性转变为水下超疏油性(水下油接触角为151.27°±4.34°)。基于这种特殊的浸润性,Ag@ZCMF可以实现对众多油水混合物的有效分离,其分离效率均超过99%。在Ag@ZCMF的合成过程中,可通过改变二次水热生长时间来调变膜中所预留的针孔的直径,从而调整分离膜的水通量和油侵入压。例如,二次水热生长时间为14 h的分子筛膜(Ag@ZCMF-14)中针孔的平均直径约为21μm,在分离过程中,该膜的水通量和油穿透压分别达到54720 L·m-2·h-1和4357 Pa。抗腐蚀试验和摩擦试验证实Ag@ZCMF-14具有良好的化学稳定性和机械稳定性。经过10次分离-再生循环过程,Ag@ZCMF-14的分离能力没有明显的衰减,说明Ag@ZCMF-14具有较高的分离稳定性。此外,负载的Ag+使得该分子筛膜具有优异的抗生物污染性能,可以有效抑制操作环境中藻类和细菌的生长,由此避免油水分离过程中膜的阻塞。其中,Ag@ZCMF-14对大肠杆菌的抑菌率达到99.6%。这些结果表明具有抗生物污染的Ag@ZCMF在处理含油废水方面有着广阔的实际应用前景。

原位植入TiO2纳米颗粒改性聚砜超滤膜及其抗生物污染性能研究

选用TiO_2纳米颗粒通过原位植入法对聚砜超滤膜表面进行改性,通过调节p H及沉淀浴中TiO_2浓度制备出不同TiO_2覆盖率的改性聚砜超滤膜,并分别用扫描电子显微镜、接触角测定仪、激光共聚焦显微镜等对改性膜性能进行评价.结果表明,p H为4时TiO_2分散良好并植入到聚砜膜表面,改变沉淀浴的浓度可以有效控制TiO_2在聚砜膜表面的覆盖率.聚砜膜的亲水性随TiO_2覆盖率的提高而不断增强.在纯水通量下降不明显的情况下,TiO_2改性超滤膜的抗生物污染性能均优于未改性膜,随着覆盖率的提高,抗生物污染性能呈现先增强后减弱的趋势,在覆盖率介于22.4%~27.7%之间时改性膜具有最优的抗生物污染性能,可使微生物粘附减少93%,黑暗培养24 h的生物膜厚度减少70%以上.

纳米颗粒原位植入法制备改性超滤膜及其抗生物污染性能研究

选取氧化铝分散体(Al2O3)、Linde A型沸石(LTA)、Linde L型沸石(LTL)和X型八面沸石(FAU-X)4种纳米颗粒,采用原位植入的方法对超滤膜进行表面改性,以提高聚砜超滤膜的抗生物污染性能.通过扫描电子显微镜、接触角测定、抗生物污染性能测试等方法来表征改性前后膜结构和性能的变化.结果表明,纳米颗粒在膜表面的原位植入具有其可行性,该方法只改变超滤膜的表面形貌,对断面和底面的结构没有影响;纳米颗粒原位植入法改性后,超滤膜的亲水性有显著提高.就抗生物污染性能而言,纳米颗粒的植入提高了膜的抗粘附性能,在纳米颗粒覆盖的区域没有大肠杆菌粘附生长;在这4种膜中,UF-LTA和UF-LTL膜的抗粘附性能优于UF-Al2O3和UF-FAU-X膜.相较而言,LTA型沸石在膜表面分散效果良好,原位植入后显著改善了膜的亲水性并且表现出较好的抗粘附性能,可作为理想的材料用于下一步研究.但LTA型沸石的抗水流剪切的能力较弱,要想提高该种纳米颗粒在膜表面的结合牢固性,应考虑减小颗粒的粒径.

高耐氯和抗生物污染反渗透膜的制备技术及应用示范研究

水资源保障是关系经济社会可持续发展的重大战略问题.海水淡化是解决我国水资源短缺现状的重要途径.反渗透由于投资低、能耗低、操作简单及适用范围宽等优点,成为目前最为普遍的海水淡化方法.反渗透膜及其组件是反渗透海水淡化技术所需关键设备之一.目前,主流的商品芳香聚酰胺反渗透膜虽已得到广泛应用,但仍存在易受生物污染和易被氯化降解的问题.天津大学王志教授课题组发现,将海因衍生物引入到芳香聚酰胺反渗透膜表面,利用海因衍生物对活性氯的牺牲保护基团作用和杂环卤胺的杀菌作用,可赋予反渗透膜表面高耐氯性能和高抗生物污染性能.根据新发现,研究团队将多种海因衍生物通过化学接枝的方法引入到反渗透膜表面,发明了兼具高耐氯和高抗生物污染性能的新一代反渗透膜制备技术.

多巴胺-PVP/银改性制备抗污染反渗透膜的研究

针对反渗透膜面临的蛋白质污染和生物污染问题,以聚多巴胺为中间层,将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/银纳米粒子聚合物复合材料为引入到商品反渗透膜表面,制备出多巴胺-PVP银改性抗污染反渗透膜。相比于未改性膜,改性膜的通量下降了25%,截留率保持不变,抗生物污染实验表明改性膜对革兰氏阳性菌枯草杆菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌均具有良好的杀菌性能。

胍基聚合物接枝改性制备抗菌抗污染超滤膜

表面接枝杀菌材料是提高膜抗菌和抗污染性能的常用手段。胍基化合物具有杀菌广谱、易制备、低毒等优点,已受到研究者的广泛关注。通过聚乙烯亚胺和盐酸胍的熔融聚合反应制备胍基聚合物(聚乙烯亚胺胍盐酸盐,PEIGH),并利用聚多巴胺中间层将其接枝到聚砜超滤膜表面。结果表明,PEIGH具有良好的抗菌性能,经其改性后的超滤膜润湿性能提高,纯水通量提高了11%~98%,牛血清蛋白截留率由96.6%提高到98.3%以上。抗菌性能、抗有机物污染和抗生物污染性能均得到明显改善。

硅烷化陶瓷膜表面载银改性及其抗污染性能研究

对陶瓷膜表面载银改性以提高其抗污染性能.对α-Al2O3陶瓷膜硅烷化改性后,在其表面负载纳米银颗粒,制备得到载银硅烷化陶瓷膜(Ag-SCM).采用热重、光电子能谱和扫描电镜等仪器对Ag-SCM进行了表征.以大肠杆菌为实验对象,比较了陶瓷膜改性前后的抑菌效果和对菌落总数为107 CFU/mL的水溶液过滤效果.结果表明,纳米银颗粒能均匀地负载到硅烷化陶瓷膜表面,稳定性好;Ag-SCM能有效抑制菌落生长,对水中的菌体100%的截留,并且膜通量有明显改善,表明Ag-SCM能有效地抑制微生物在膜表面的污染.

膜孔径对陶瓷膜净化生物发酵液性能的影响研究

生物发酵液具有成分复杂、黏度大、不稳定等特点,膜分离技术应用于发酵液净化时普遍存在有机及生物污染问题,降低了膜的过滤通量,极大限制了膜技术在生物发酵产业的应用.针对发酵液净化工艺中的膜污染问题,提出以小孔径陶瓷超滤膜同时去除菌体、大分子物质和蛋白的方法,探究合适的超滤膜孔径以减小蛋白分子等物质的堵塞污染.研究选取牛血清白蛋白溶液作为基准体系,以增添D-果糖、大肠杆菌种子液配制不同溶液体系,考察了孔径分别为5、10、100 nm 3种陶瓷膜在不同物料体系下的临界运行通量,探究膜孔径与渗透分离性能的构效关系.结果表明,在牛血清白蛋白模拟体系下,孔径为10 nm的小孔径超滤膜表现出更高的临界运行压力和临界运行通量,分别为0.3 MPa和210.26 L/(m^(2)·h);随着料液体系的复杂程度增加,陶瓷膜的临界运行通量逐渐减小,孔径为10 nm的小孔径超滤膜在复杂料液体系中表现出更高的渗透通量和更优的抗污染性能.

生物纳米银/聚醚砜复合膜的制备及性能研究

采用生物还原法制备生物纳米银(Bio-Ag^0),通过相转化法制备Bio-Ag^0/聚醚砜(PES)复合膜。扫描电镜分析表明,Bio-Ag^0可以均匀稳定地分散在PES基膜中。纳米银共混可以改善膜断面孔结构,在不影响蛋白质截留率的前提下提高复合膜的纯水通量。采用抑菌环、菌落计数及孔板生物膜培养法研究了Bio-Ag^0/PES复合膜的抗污染性能。结果显示,Bio-Ag^0不仅使纳米复合膜具备良好的抗菌性,而且能有效地抑制细菌在膜表面的粘附及生物膜的形成,显著提高膜材料的抗生物污染性能。

纳米Ag粒子原位杂化PVDF超滤膜的抗污染性能

以AgNO3为前驱体,聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂和成孔剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为还原剂和溶剂,利用相转化法制备了纳米Ag粒子原位杂化PVDF超滤膜.采用扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜及接触角测定仪对杂化膜的结构和性能进行了表征.结果表明:原位形成的纳米Ag粒子均匀地分散在聚合物基体中,纳米Ag粒子的添加改善了PVDF膜的亲水性能.以腐殖酸和牛血清蛋白作为污染物的代表,考察了Ag/PVDF膜的抗有机污染性能.以大肠杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌及活性污泥作为微生物的代表,考察了杂化膜的抗生物污染性能.结果证实了与纯PVDF膜相比,Ag/PVDF膜通量衰减较慢,可有效抑制微生物的生长,表面受活性污泥污染程度小,具有显著的抗有机污染和抗生物污染性能.

血液灌流吸附剂材料的研究进展

血液灌流技术是一种将患者血液引出体外,利用吸附剂材料吸附去除血液中的有害物质,使患者血液得到净化的一种血液净化疗法。其核心是其净化装置中的吸附剂材料。高性能血液灌流吸附剂材料的开发,有助于从根本上改善该疗法对患者的治疗效率和效果,并且减少或根除副反应的发生,从而推动血液灌流技术的发展。综述了近年来血液灌流吸附剂材料的相关研究,包括碳基材料、聚合物基材料、二氧化硅基材料、分子印迹聚合物基材料、吸附膜基材料、新型血液灌流吸附剂等,并对未来血液灌流吸附剂材料的发展进行了展望,以期对新型血液灌流吸附剂的开发提供参考。

两性离子聚合物在反渗透膜制备中的应用研究

膜生物污染问题一直是限制反渗透分离技术广泛应用的主要原因之一,抗生物污染性反渗透膜的制备成为膜领域的研究重点。两性离子聚合物由于独特的抗蛋白质吸附性能及较好的生物相容性,而成为抗蛋白质吸附反渗透膜的理想材料之一。就两性离子聚合物的抗蛋白质吸附机理及其在反渗透膜领域的应用进行了深入分析,阐述了两性离子聚合物直接引入反渗透表面,以及与纳米粒子联用引入反渗透膜表面两种手段的研究进展,并分析了两性离子聚合物在反渗透膜领域应用的优势与不足。

GO/膨润土/PVDF复合膜的制备及性能研究

为了提高聚偏氟乙烯(PVDF)膜的疏水性和抗生物污染性能,以氧化石墨烯(GO)和膨润土为改性材料制备PVDF复合膜,并对其进行膜通量、截留率、拉伸强度、亲水性、孔隙率及抗生物污染性能研究。结果表明,当GO添加量为0.6%,复合膜的各项性能达到最佳;添加膨润土可以提高复合膜亲水性、拉伸强度、膜通量和截留率,但会导致孔隙率有所下降。此外,还以铜绿假单胞菌为研究对象,研究了复合膜的抗生物污染和抑菌性能,结果表明,复合膜的生物污染过程明显降低,且细菌生长缓慢,说明复合膜具有减缓生物污染的作用,具有一定的抑菌性。

两性离子聚合物的生物应用

两性离子聚合物具有亲水的阴、阳离子基团,能够高度水化从而具有独特的抗生物污染性能,即能够阻抗非特异性蛋白质的吸附、细菌黏附和生物膜的形成,这种特性使得此类材料在生物医学等相关领域得到越来越多的应用。本文概略介绍了现有两性离子聚合物的抗生物污染机理——空间排斥效应和水化理论。基于抗生物污染性质,两性离子聚合物可用于防污涂层、抗菌涂层、抗凝血材料、生物医学诊断、药物传输、基因传递载体、分离膜以及船体涂料中。本文综述了两性离子聚合物的应用进展,分析了当前研究中需要解决的问题以及发展趋势,并展望了其应用前景。

两性离子聚合物的抗蛋白质吸附机理及其应用

两性离子聚合物是一类同时带有阴、阳离子基团的聚合物。依据分子结构,它主要包括磷酰胆碱型、磺基甜菜碱型、羧基甜菜碱型以及混合型两性离子聚合物等。两性离子聚合物溶液性质可以通过调节溶液的pH值来实现近似阳离子或阴离子聚电解质。两性离子聚合物又具有特殊的"反聚电解质效应"。另外,两性离子聚合物还具有极强的亲水性、优良的热和化学稳定性、优异的生物相容性以及良好的抗污染性能等特性。本文着重介绍了两性离子聚合在抗蛋白质吸附机理的研究进展,同时针对近年来两性离子聚合物在抗污染材料、药物及基因的运输载体、物质检测与分离材料等领域的应用进行了简要的概述。并且,就两性离子聚合物在这几个应用领域的发展前景进行了展望。

抗菌型聚氨酯反渗透膜的制备及性能

采用1,1-二甲基双胍盐酸盐(DBHC)对自制超支化聚氨酯(HCPU)进行接枝改性,得到抗菌型超支化聚氨酯(HABPU)。通过静电纺丝技术,制备具有杀菌功能的反渗透膜。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测定仪及固体表面Zeta电位分析仪,表征反渗透膜的表面形貌和性质。通过孔隙率测试、反渗透膜选择透过性测试、抗有机物污染测试、抗菌测试等表征反渗透膜的性能。结果表明:HABPU改性膜较未改性膜表面微观形貌、粗糙度和孔隙率等变化较小,润湿性增强。电解质溶液p H值=6~7时,HABPU改性膜表面几乎不显电性。HABPU改性膜的渗透通量和截留率分别达到(57.5±2.1)L/(m2·h)和(95.2±0.5)%,均高于未改性膜。HABPU改性膜与大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus)接触2 h后,杀菌率达到100%,表现优良的抗菌性能。