荷正电微孔陶瓷膜对病毒的分离性能及机理研究

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:CIA007
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近年来,水体污染加剧,而水体中发现的多种致病病毒已成为人类生存面临的最大潜在威胁之一。传统的病毒去除方法有化学法、物理法及联合法等,但这些方法大都工艺复杂、成本高、易产生二次污染。荷电材料作为一种新型功能材料,由于其独特的静电吸附作用,在分离病毒方面具有吸附分离效果好、工艺简单、成本低、使用安全等优点,已引起广泛关注。本论文通过对荷正电微孔陶瓷膜的制备、组成结构表征及电性能评价,研究了荷正电微孔陶瓷膜对水中病毒的吸附分离性能,并对病毒的分离机理进行了探索。以硅藻土微孔陶瓷膜为基膜,以YCl3·6H2O和尿素为原料,采用浸渍-烧结工艺制备了纳米Y2O3涂层的荷正电微孔陶瓷膜,利用FT-IR、XRD、EDS和SEM分析等对膜的组成结构进行表征。结果表明,制备的荷电膜平均孔径为0.60μm,比表面积为1.85m2/g,水通量为421L/m2·h,膜表面Y元素含量为24.76%(w/w),Y2O3均匀分布在膜表面,其颗粒大小约为10nm,且为立方体晶型。通过Zeta电位分析和带负电染料达旦黄的吸附性能评价,对荷正电微孔陶瓷膜的电性能进行了表征,考察了涂膜液Y3+浓度、膜厚度、pH值等因素对达旦黄吸附效果的影响。结果表明,膜的等电点(IEP)为pH=8.3,即当pH<8.3时,膜的Zeta电位为正值,最大Zeta电位为31.90mV,表明膜表面带正电荷。荷电膜对达旦黄的吸附效果随涂膜液Y3+浓度的增加而增大,Y3+浓度为0.015mol/L时,在pH3.0~8.0范围内,厚度为0.50cm的荷正电微孔陶瓷膜对达旦黄的去除率均大于90.00%。荷电膜对达旦黄的饱和吸附容量为3.86mg/cm3,吸附饱和的荷电膜再生后对达旦黄的去除率可恢复到95.60%,说明荷正电微孔陶瓷膜的电性能稳定。以细菌内毒素和大肠杆菌噬菌体MS2吸附分离实验考察了荷正电微孔陶瓷膜对病毒的分离去除性能,荷电膜对细菌内毒素和大肠杆菌噬菌体MS2均有良好的分离效果,去除率分别可达99.60%和99.99%。溶液pH值对MS2的去除有一定影响,但在pH 5.0~8.0范围内,荷正电微孔陶瓷膜吸附MS2性能稳定。通过荷正电微孔陶瓷膜的电性能分析及对病毒的去除效果实验,尤其是基膜与荷电膜对病毒去除效果的对照实验,可以确定荷正电微孔陶瓷膜对病毒的分离机理为正负电荷之间的静电吸附作用,而非膜孔的物理截留。荷正电微孔陶瓷膜表面带有正电荷,除具有普通微孔陶瓷膜的筛分截留作用,还能通过正负电荷的相互吸引作用吸附分离病毒。本研究将为病毒的分离、浓缩及检测等提供一种新的技术,具有广阔的应用前景。
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