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膜分离技术在水处理中的应用日益广泛。然而,目前使用的膜材料都不具有抗菌活性,在使用过程中,水中的细菌等微生物极易附着在膜表面造成生物污染,导致膜渗透通量的急剧降低,严重影响了膜的处理效率和使用寿命。本文针对膜在灭菌过程中出现的膜生物污染问题,设计了以膜作为电极的电辅助过滤技术,并考察了膜的抗菌和抗生物污染性能。然后在此基础上,将电辅助过滤技术与膜的抗菌改性相结合,系统研究了改性后膜的抗菌和抗生物污染性能。主要研究内容及成果如下:(1)煤基炭膜的抗菌和抗膜污染性能研究:应用电辅助过滤系统,选择浓度为104 CFU/mL的大肠杆菌分散液作为过滤目标考察膜的抗菌和抗膜污染性能。实验结果表明:未施加电压时,膜的除菌效率为97%,膜通量下降了约32%;向膜上施加正电时,其除菌效率得到提高,可达到100%,但膜通量损失加剧,在施加2 V、2.5 V、3 V的正电压时,膜通量分别下降了 49%、39%、46%,膜污染问题的加剧主要由于静电引力的作用;向膜上施加负电时,电压高于-2 V时,其除菌率可达100%,同时膜通量的下降趋势随着电压的升高而减缓,在施加-3.5 V电压时,膜同时具备了良好除菌效率以及过滤性能,1小时内膜通量下降至初始通量的86%,膜污染的缓解是由于产生的静电斥力阻止了细菌的初始附着,从而改善了膜的抗菌性能。向膜表面施加负电后:,膜通量的下降趋势明显减缓,但仍有改善的空间。(2)银纳米线-碳纳米管/煤基炭膜(AgNW-CNT/C)的制备及抗菌和抗膜污染性能研究:选择煤基炭膜作为载体,将AgNW-CNT覆载在膜表面制备了抗菌复合膜,考察了施加外部电压对改性膜的分离性能及抗菌性能以及抗菌剂的覆载对表面形貌的影响。实验结果表明:在-3.5v的低压下,AgNW-CNT/C膜的除菌效率达到100%,且膜通量趋于稳定,通量损失可忽略不计,而没有施加外部电压的AgNW-CNT/C膜的稳态通量下降至70.5%。这是由于AgNWs具有优异的抗菌性能,导致细菌失活并抑制生物膜的形成。同时,膜在外部施加电压时产生的静电排斥作用可以显着抑制细菌迁移到带相同电荷的膜表面,并且减弱了细菌在膜表面的附着力。从扫描电镜(SEM)结果可以看出,AgNW-CNT的加入使膜表面呈交联网状结构,且无针孔和裂纹的明显缺陷,因此提高了膜表面的孔隙率,从而提高了膜的截留效率。因此,电效应与抗菌改性的结合可以显著提高膜的过滤性能和抗菌活性,为膜分离的实际应用提供了新的思路。综上所述,电辅助过滤和抗菌改性均能一定程度的改善膜污染。尤其两者相结合时,发挥的协同作用能显著提高膜的抗菌性能,使膜污染风险降到最小,为膜污染问题的解决提供了新见解。