基于PDA改性纳滤膜的制备及抗菌性研究

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基于聚多巴胺(PDA)的亲水性,采用PDA与聚乙烯亚胺(PEI)单步共沉积和分步沉积的两种方法涂覆在聚砜(PSf)膜上,选择合适的方法在膜上进一步负载金属铜和银,制备抑菌膜。这种简单的基于PDA对膜表面改性的方法,不会破坏基膜原本的物理化学性质,又能提高膜的分离与抗菌性能,对PSf膜改性的研究具有重要的参考意义。本课题首先通过分析膜的接触角与脱盐性能随PDA/PEI单步共沉积和PDA-PEI分步沉积两种方法改性时间的变化,由此确定最佳改性时间。结果表明,随着改性时间的增加,PDA与PEI共沉积改性膜的截留率先增大后减小,渗透通量一直先降低后略有升高,接触角一直增加。通过分析选取8h为最佳改性时间,此时,膜PDA/PEI-8的截留率最大(83.00%),渗透通量最小(9.78L/(m2·h)),接触角达到68.55°。而PDA-PEI分布沉积改性过程中,先在基膜表面PDA沉积,其在改性8h后,膜的接触角及脱盐性能趋于稳定,选取8h为最佳改性时间。后在其表面进一步PEI沉积,随着时间的增加,膜的截留率先增大后减小,渗透通量和接触角均逐渐降低。通过分析,选取后PEI改性8h为最佳时间,此时,膜PDA-PEI-8接触角(49.85°)远小于PSf基膜(58.30°),截留率达到最高95.20%,但渗透通量仅为3.60L/(m2·h)。通过对比膜改性前后表面形态结构及元素组成变化,可以发现,两种沉积方法均能使PDA和PEI的交联涂层成功沉积在PSf膜上。但膜PDA/PEI-8表面的交联聚合物更加均匀,过程中更易发生Schiff base反应。而膜PDA-PEI-8表面更加致密,沉积过程更易于发生Michael addition反应。两种沉积方法均使膜表面电负性降低,但膜PDA/PEI-8表面等电点(4.05)低于膜PDA-PEI-8(4.60)。在膜PDA/PEI-8的基础上进行金属铜和银的负载。金属银的固定采用PDA原位还原Ag+的方法,金属铜则是通过Cu2+与PEI的配位作用负载到膜表面。通过XPS表征证实金属银和铜被固定在膜上,膜表面银含量为1.60%,铜含量为1.36%。动态过滤和静态浸泡测试实验表明金属铜和银与膜之间的结合越来越牢固。同时,通过抑菌圈实验和菌落计数实验,膜PDA/PEI具有轻微的抑菌效果,负载金属铜后,膜的抑菌率达到48.20%,而掺入金属银后膜的抑菌率达到85.60%。
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