【摘 要】
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随着人口的增长和工业化进程的加快,水资源危机已成为21世纪人类面临的主要环境挑战之一。先进的材料与技术为解决缺水问题带来了希望。特别是基于膜材料的分离技术由于其节能、环保、高效的优点,正被广泛应用于海水和苦咸水淡化、废水处理、饮用水处理和净化等领域。其中,纳滤膜分离技术具有良好的选择性,可实现二价离子和小分子有机物的选择性截留,被广泛用于污染物去除、资源回收和反渗透前处理等领域。本研究从新型纳滤膜
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随着人口的增长和工业化进程的加快,水资源危机已成为21世纪人类面临的主要环境挑战之一。先进的材料与技术为解决缺水问题带来了希望。特别是基于膜材料的分离技术由于其节能、环保、高效的优点,正被广泛应用于海水和苦咸水淡化、废水处理、饮用水处理和净化等领域。其中,纳滤膜分离技术具有良好的选择性,可实现二价离子和小分子有机物的选择性截留,被广泛用于污染物去除、资源回收和反渗透前处理等领域。本研究从新型纳滤膜的制备与应用出发,通过深入研究抗污染聚电解质纳滤膜和复合聚酰胺纳滤膜,在缓解膜结垢和生物污染的前提下,实现对耐药性风险物质的控制。首先,借助逐层组装法制备了兼具优良抗生素与抗生素抗性基因截留性能和高渗透性的不对称聚电解质纳滤膜。通过调整聚电解质涂覆液的聚电解质浓度和背景离子强度,在PES超滤底膜上制备了具有疏松底层和致密顶层的不对称聚电解质（PDADMAC/PSS）纳滤膜。这种不对称聚电解质膜的设计方案可结合疏松层高通量和致密层强分离性能的优势,并且具有灵活可控的孔径和表面电位。经优化,具有三个疏松底层和两个致密顶层的聚电解质膜展现出与商用纳滤膜NF270相当的纯水通量（15.4 LMH/Bar）。同时,结合静电排斥和孔径筛分作用,该膜对水体中一系列抗生素和游离抗性基因展现出良好的去除效果（＞90%,＞99.9%）。此外,不对称聚电解质膜还具备良好的稳定性。其次,通过将新型季铵化合物单体引入界面聚合,合成可同时缓解生物污染和石膏结垢的新型抗污染薄膜复合聚酰胺纳滤膜。设计并合成了具有良好抗菌性能的含胺官能团季铵化合物（QAC）抗菌剂,将其作为水相单体,通过界面聚合法制备无缺陷QAC纳滤膜。经优化,使用0.5 wt%C12+0.5 wt%PIP水相溶液制备的膜具有最好的综合性能。与对照组1 wt%PIP膜相比,该膜具有更大的孔径和增强的表面负电性。在不降低Na2SO4截留率的前提下,表现出51.3%的通量提升率和高达84.4的Ca2+/SO42-选择性,并能有效缓解纳滤过程中膜表面的浓差极化现象。同时,得益于QAC强大的抗菌性能,0.5%C12膜对革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄葡萄球菌分别具有84.7%和72.9%的静态抑菌效率。经过40小时的石膏结垢测试和大肠杆菌动态生物污染测试,与对照组相比,0.5%C12膜的通量损失分别减少了 78%和25%,表现出对生物污染和石膏结垢的良好缓解效果。
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