聚偏氟乙烯抗菌中空纤维膜的制备、表征及其性能分析

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinhongwei678
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聚偏氟乙烯(PVDF)是制备高分子分离膜的主要原料之一,具有优异的机械性能、化学稳定性、热稳定性和抗老化性等,由其所制备的分离膜广泛应用在水处理、食品加工和石油化工等领域。但是,PVDF自身的疏水性导致在膜分离过程中容易遭受膜污染,其中,由细菌等微生物粘附在膜表面形成生物膜引发的不可逆膜污染尤其值得重视。降低或杜绝细菌对膜的污染,最直接有效的方法即通过改性制备具有抗菌性能的膜。本论文针对由细菌引起的PVDF膜污染问题开展研究,以制备具有抗细菌粘附和杀灭细菌功能的PVDF抗菌膜。本论文从PVDF中空纤维膜结构和性能调控出发,首先通过调整混合溶剂中DMAc与TEP的比例,制备了表面多孔、纯水通量高的中空纤维膜,在此条件下,添加实验室合成的载银分子筛制各了单层抗菌中空纤维膜;在不降低抗菌效果的前提下制备了双层抗菌中空纤维膜,减少了抗菌剂使用量;针对Ag+流失的问题,通过还原法在分子筛上原位生成纳米银,制各了缓释型抗菌中空纤维膜;针对无机抗菌剂并不能显著改善膜的亲水性这一缺点,探索了通过接枝聚阳离子制备亲水性抗菌中空纤维膜。具体的研究内容和结果如下:  (1)研究不同比例的混合溶剂以及载银分子筛对PVDF中空纤维膜的结构和性能的影响。以PVDF/H2O/PVP/DMAc/TEP体系为研究对象,探讨了混合溶剂中DMAc与TEP不同比例时对中空纤维膜的结构和性能的影响,发现在DMAc/TEP=7/3时,所制备的中空纤维膜纯水通量最高并兼顾了机械性能,然后在此优化条件下,通过与载银分子筛共混,制备出PVDF抗菌中空纤维膜,与未改性的膜相比,该膜对BSA污染具有良好的抵抗性,对大肠杆菌表现出优异的抗粘附性能和杀灭性能。  (2)为进一步提高载银分子筛的利用率,制备了PVDF双层层抗菌中空纤维膜,将载银分子筛添加入外层铸膜液中,使得其更多地富集在膜的外表面,并将其与PVDF单层抗菌中空纤维膜在结构和性能方面进行了对比,发现两者形貌结构、纯水通量以及平均孔径都很接近,但是双层抗菌膜中载银分子筛的相对含量却低很多,并且其表现出的抗细菌粘附性和对大肠杆菌的杀灭率要稍高于单层抗菌膜。  (3)针对Ag+在使用过程中的流失问题,通过还原反应将载银分子筛中的Ag+还原为纳米银颗粒,在分子筛载体上原位生成纳米银颗粒,再将负载纳米银的分子筛均匀分布在PVDF双层中空纤维膜的外层,制备了缓释型抗菌中空纤维膜。缓释型抗菌膜与含有载银分子筛的抗菌膜相比,即使在较苛刻的环境下,也能够长久的保持抗菌能力。  (4)为改善PVDF膜的亲水性能,利用多巴胺的强吸附性,以及含有可供后续反应的基团的特性,通过多巴胺溶液在膜表面进行涂覆,然后接枝水溶性高分子聚乙烯亚胺(PEI),最后通过季铵化,制备亲水抗菌PVDF中空纤维膜,与未改性的PVDF膜相比,其亲水性显著提高,并对BSA污染有很强的抵抗力,同时对大肠杆菌具有良好的杀灭作用。
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