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膜污染被公认为是限制膜技术在环保、生物、医药、食品以及废水处理等工业领域广泛应用的最大瓶颈,开发新型抗污染膜己成为超滤领域的热点。本研究以解决超滤膜污染为出发点,以聚醚砜(PES)为膜材料,以纳米银抗菌剂(AgZ)、SiO2-Ag、介孔二氧化硅(MS)和聚维酮碘(PVPI)为添加剂,采用相转化法制备出一系列抗污染超滤膜。
采用SEM、EDX、FTIR、静态接触角和TGA等方法对PES复合膜结构和性能进行了综合表征。研究添加剂含量对膜结构、过滤性能和对蛋白、细菌、生物膜等抗污染性能的影响。取得了如下研究结果:
1.AgZ增大了膜内指状孔孔径,改善了亚层与底层膜孔之间的连通性,使PES超滤膜孔隙率由65.5%提高到75.2%,膜表面的接触角由71.5°降低到52.6°。在相同过滤条件下,复合膜的纯水通量比PES基膜提高了18.4%,而BSA截留率均在96%以上。抗菌实验表明,PES-AgZ复合膜对Ecoli和Pseudomonas sp两种细菌具有良好的抑菌性和抗生物膜生长性能。
2.将纳米银负载在SiO2表面,以减少制膜过程和过滤过程中银离子的损失,并延长银的释放时间,从而提高复合膜的抗生物污染性能。实验结果显示:在制膜过程中银的损失主要发生在相转化过程中,占膜中银总量的5%左右,在浸泡液中银的损失较少,在0.1%以下。在过滤过程中,膜内少量银离子在操作压力下会迁移到透过液中。分析结果表明,在为期300min的过滤过程中,所有复合膜中银的损失均低于膜中银总量的7%,而且在过滤进行150min之后,膜中银离子损失不再被检出。
3.将MS添加到PES中制备PES-MS复合膜。MS的多孔性和亲水性大大提高了PES超滤膜的纯水通量,在0.2MPa的操作压力下,PES-MS复合膜的纯水通量相比于。PES基膜提高了50.6%。BSA静态和动态抗污染测试结果表明,PES-MS复合膜的蛋白吸附量远远低于PES基膜,BSA在膜表面的吸附由45.8μg/cm2降至21.4μg/cm2。动态污染实验结果表明,含2%MS的PES复合膜具有最高的纯水通量恢复率和可逆污染指数,MS大大提高了PES抗污染能力,特别是抗不可逆污染的能力。
4.以PVPI为致孔剂和抗菌剂制备PES-PVPI复合膜。PVPI可以用作良好的致孔剂,能明显增加膜内亚层中指状孔和底层中大孔的数量,并将PES的孔隙率由69.5%提高到83.0%。在0.2MPa操作压力下,未加致孔剂的PES基膜纯水通量约为0L/m2h,而添加7%PVPI的PES-PVPI复合膜纯水通量可达369.2L/m2h,其对BSA的截留率为92%。FTIR和抗菌实验结果表明,在成膜过程中,一部分PVPI高分子与PES结合而残留在膜内,从而使制得的PES-PVPI复合膜具有良好的抗菌和抗生物膜污染的性能。