抑菌性聚醚砜超滤膜的研制

来源 :济南大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:wuyidan0908
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聚醚砜(PES)是一种具有良好耐高温、化学稳定性、机械性能的超滤膜材料,但由于材料具有疏水性,耐污染性能较差,阻碍了其进一步应用。本论文选取聚醚砜作为膜材料,以纳米二氧化钛、壳聚糖(羧甲基壳聚糖)、纳米银、辣素作为抑菌剂,采用共混改性法对聚醚砜超滤膜进行改性研究,考察膜的纯水通量、截留率、表面接触角、在扫描电镜下膜的结构,并对膜的抑菌性能和耐污染性能进行表征。本文首先考察了溶剂种类、PES含量、聚乙二醇400(PEG400)含量、纯水凝固浴温度对膜纯水通量、截留率等膜性能的影响,确定最佳的PES超滤膜制备工艺参数:N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,PES含量为14wt%,PEG400含量为14wt%,纯水凝固浴温度为30℃。所制备膜的纯水通量为220.94L/m2·h,对牛血清蛋白的截留率为82.37%。优化PES超滤膜工艺参数的基础上,添加不同的抑菌剂进行共混抑菌膜的研制,并对其结构与性能进行表征。实验结果表明:(1)加入纳米二氧化钛(nTiO2)后,共混超滤膜的截留率比PES超滤膜有很大提高。随着nTiO2含量的增加,纯水通量先增大后减小,在nTiO2含量达到2.5wt%时最大,为355.89L/m2·h;随着搅拌温度升高,膜的纯水通量先增大后减小,截留率则表现出相反的趋势。综合考虑,最佳制备工艺参数选择质量分数为2%的nTiO2,搅拌温度为80℃,所制备nTiO2/PES共混超滤膜的纯水通量为342.04L/m2·h,对牛血清蛋白的截留率为80.89%,对大肠杆菌的抑菌效果明显。(2)羧甲基壳聚糖(CMC)具有很好的亲水性,其纯水通量远高于壳聚糖改性超滤膜。搅拌温度对纯水通量影响较大,对超滤膜截留率几乎没有影响。经壳聚糖和羧甲基壳聚糖改性后的PES超滤膜孔径变大,其指状结构排列整齐,近表层处存在海绵结构,耐污染性能较未改性聚醚砜超滤膜有很好改善。综合考虑,选取质量分数为0.3%的羧甲基壳聚糖,在80℃搅拌下共混改性作为最佳工艺参数。所制备CMC/PES共混超滤膜的纯水通量达到745.22L/m2·h,对牛血清蛋白的截留率为54.79%,对大肠杆菌有很好的抑菌效果。(3)随着纳米银(nAg)含量的增加膜的纯水通量先增加后下降,截留率与纯水通量变化趋势相反。膜的性能受搅拌温度影响较大,适宜搅拌温度在70-80℃之间。综合考虑,选择质量分数为0.5%的纳米银,在80℃搅拌温度下制备最佳纳米银/聚醚砜共混超滤膜,所制备nAg/PES共混超滤膜的纯水通量为324.84L/m2·h,对牛血清蛋白的截留率为72.69%,通过抑菌圈实验发现对大肠杆菌的抑菌效果最佳。(4)添加抑菌剂辣素,对超滤膜进行共混改性发现:随着辣素添加量的增加,纯水通量有一定下降,而对截留率影响不大。选取辣素含量为0.5wt%作为最佳制备工艺参数,所制备的辣素/聚醚砜共混超滤膜的纯水通量为80.54L/m2·h,对牛血清蛋白的截留率为89.40%,对大肠杆菌抑菌效果显著。综合分析以最优工艺参数制备的几种超滤膜,可知:在相同抑菌剂含量条件下,膜对大肠杆菌的抑菌效果强弱依次为:nAg-PES>辣素-PES>nTiO2-PES>CMC-PES>PES。CMC/PES共混超滤膜的纯水通量最高,为710.58L/m2·h。nTiO2/PES和nAg/PES共混超滤膜性能类似,nTiO2/PES较nAg/PES的截留率高。辣素/PES膜纯水通量最低,但截留率很高。膜表面接触角从大到小依次排列为:nAg/PES>CMC/PES>nTiO2/PES>辣素/PES>PES;膜的阻力增大系数其按照从小到大依次排列为: nTiO2/PES<CMC/PES<nAg/PES<辣素/PES<PES。从几种膜的通量衰减曲线上看,CMC/PES共混超滤膜的初始通量较高,膜的通量衰减速度较快,达到稳定时通量较大;nTiO2/PES和nAg/PES膜的初始通量较高,但nAg/PES膜通量衰减速度很快;辣素/PES共混超滤膜初始通量较低,衰减曲线变化较小。
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