含固定化纳米银抗菌超滤膜的制备研究

摘要

超滤膜因具备高效的分离性能和广泛的应用领域而备受关注。然而，生物污染会造成膜性能的恶化，制约着超滤系统的长期运行。为解决此问题，本文分别采用表面改性和共混改性制备含固定化纳米银的抗菌超滤膜，有效提高了超滤膜的抗菌性能，同时还改善了超滤膜的亲水性能、渗透选择性能和抗污染性能。
　　首先，对商品超滤膜进行表面改性，利用聚多巴胺（PDA）功能层原位还原银氨溶液，将银纳米粒子固定在聚砜（PSf）超滤膜表面。由于PDA的存在，银纳米粒子被负载到膜表面，在膜表面形成有序的单层排列，没有发生膜孔堵塞和堆砌现象。通过改变银氨溶液浓度调节银纳米粒子的粒径和密度，考察其对膜性能的影响。采用XPS、SEM和AFM表征改性超滤膜，结果显示银纳米粒子成功负载在膜表面和膜内部的上皮层部分。随着反应体系中银离子浓度的增加，银纳米粒子的尺寸和密度逐渐增大。相比PSf超滤膜，改性膜具有更好的渗透选择性能和抗污染性能。银纳米粒子的稳定性实验和抗菌实验均证明银纳米粒子稳定负载于膜表面，使改性膜保持良好和持久的抗菌性能。
　　其次，对聚醚砜（PES）超滤膜材料进行共混改性，利用多巴胺为中间介质制备聚苯胺-银（PANI-Ag）纳米复合材料，然后将其与PES材料共混，通过浸没沉淀相转化法制备抗菌超滤复合膜。采用 ATR-FTIR、UV-vis、XRD、TEM和FE-SEM等测试方法表征PANI-Ag材料的组成和结构。采用ATR-FTIR、XPS和FE-SEM考察改性后膜的物质组成和形貌结构变化。采用接触角测定仪测试超滤膜的亲水性。采用超滤膜测试平台测试超滤膜的渗透选择性能和抗污染性能。通过动态过滤实验和静态浸泡实验考察PES/PANI-Ag改性膜中银纳米粒子的稳定性。采用枯草杆菌和大肠杆菌考察膜的抗菌性能。结果显示， PANI-Ag纳米复合材料中，银纳米粒子均匀附着在聚苯胺纳米线上，银粒子的平均直径约为30 nm。共混改性后，PANI-Ag纳米材料均匀且稳定地分散于PES超滤膜中。改性膜的亲水性能、渗透性能和抗污染性能都得到明显提高。抗菌实验表明，改性超滤膜具有良好的抗菌能力，对枯草杆菌和大肠杆菌均有明显的抑制和杀菌作用。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 超滤膜简介

1.1.1 超滤膜材料

1.1.2 超滤膜的制备

1.1.3 超滤膜的发展与应用

1.2 超滤膜的膜污染问题

1.2.1 超滤膜污染类别

1.2.2 超滤膜生物污染过程

1.3 超滤膜的抗生物污染研究

1.3.1 控制超滤膜生物污染的途径

1.3.2 抗菌超滤膜的研究现状

1.4 本文思路的提出及主要工作内容

1.4.1 思路的提出

1.4.2 主要工作内容

第二章 表面改性制备固定化纳米银抗菌超滤膜

2.1 实验部分

2.1.1 实验试剂与仪器

2.1.2 AgNPs-PDA/PSf超滤膜的制备

2.1.3 AgNPs-PDA/PSf超滤膜的表征

2.2 结果分析与讨论

2.2.1 膜表面化学结构表征（ATR-FTIR）

2.2.2 膜表面元素分析（XPS）

2.2.3 膜照片分析

2.2.4 膜电镜分析

2.2.5 膜表面粗糙度分析

2.2.6 膜表面亲水性分析

2.2.7 膜渗透选择性能分析

2.2.8 膜抗污染性能分析

2.2.9 银纳米粒子的稳定性能分析

2.2.10 抗菌性能表征

2.3 小结

第三章 共混改性制备固定化纳米银抗菌超滤膜

3.1 实验部分

3.1.1 实验试剂与仪器

3.1.2 PANI-Ag纳米复合材料的制备

3.1.3 PES/PANI-Ag超滤膜的制备

3.1.4 合成材料的表征

3.1.5 改性超滤膜的表征

3.2 材料表征结果分析及讨论

3.2.1 材料的化学结构和组成表征

3.2.2 材料微观形貌结构表征

3.3 改性膜表征与测试结果的分析与讨论

3.3.1 膜表面化学结构表征（ATR-FTIR）

3.3.2 膜表面元素分析（XPS）

3.3.3 膜照片分析

3.3.4 膜电镜分析

3.3.5 膜表面亲水性分析

3.3.6 膜渗透选择性能分析

3.3.7 膜抗污染性能分析

3.3.8 银纳米粒子的稳定性能分析

3.3.9 抗菌性能分析

3.4 小结

第四章 结论与展望

4.1 本文主要结论

4.2 创新点

4.3 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢