论文部分内容阅读
与传统的分离技术相比，膜分离技术具有操作简便、占地面积小、无相变、基本没有工业放大效应等优点，近年来，该技术在生物工程、电子、水处理等工业中的应用越来越广泛。然而，膜生物污染问题却是限制这项技术发展的一个瓶颈。 传统的控制膜生物污染的方法可以起到一定的杀菌效果，然而针对性较差，效果不理想。新型生物的控制方法可以从微生物的生长规律着手，阻断生物膜的形成，目前越来越受到人们的重视。D-氨基酸是天然L-氨基酸的空间异构体，它可以在低浓度下抑制细菌生物膜的形成，在控制膜生物污染方面的应用日益凸显。日前，本课题组使用D-氨基酸控制MBR系统的膜生物污染，结果发现膜污染现象反而加重了，分析产生原因，我们发现D-氨基酸本身对PVDF膜造成了有机污染。因此，寻求新的方法解决D-氨基酸自身带来的污染问题，并由此进一步将D-氨基酸应用于膜生物污染控制具有重要的意义。 聚偏氟乙烯是常见的憎水性膜材料，本实验从PVDF膜的特性出发，选择使用化学接枝的方法，首先尝试了两种将两性氨基酸接枝到PVDF膜表面的路径，最终成功确立NPC活化法为最优接枝路线，并进一步摸索出了膜片耐受范围内最佳的反应条件。最后，对使用NPC活化法接枝氨基酸的改性膜进行了进一步的表面性能分析以及抗污染性能测试，所得结果如下: (1)使用全反射红外光谱(ATR-FITR)初步检测膜表面官能团的变化，结果显示天冬酰胺改性膜有氨基峰的出现，羧基峰受水气峰干扰不明显，初步确定膜表面有氨基酸的引入;使用X光电子能谱(XPS)进一步分析表面元素组成，结果显示氨基酸改性后膜表面与未改性PVDF膜相比，N和O元素分别有了1.41％和17.31％的提高，进一步说明了膜表面天冬酰胺的引入。 (2)使用扫描电子显微镜观测膜表面的形貌，结果显示经羟基化后膜孔径大小及分布情况基本没变化;接枝氨基酸之后，膜孔径变大、孔隙率降低、粗糙度也有了很大程度的提高，这说明改性过程对膜的分离性能有一定程度的影响。 (3)静态接触角测试结果显示纯PVDF膜片、羟基化PVDF膜片以及PVDF-g-Asn膜片的纯水静态接触角分别为102.1°、67.6°和22.7°，这说明羟基化过程对膜的亲水性有一定程度的提高，接枝氨基酸过程进一步提高了羟基化PVDF膜的亲水性。 (4)静态D-氨基酸溶液吸附实验结果表明，PVDF-g-Asn膜与纯PVDF膜相比，D-酪氨酸吸附量略有降低，但效果不明显;混合D-氨基酸的吸附量明显降低了（与纯PVDF膜相比降低14.43ug/cm2），不同接枝率下的吸附量差异不明显;超滤实验结果显示PVDF-g-Asn膜的纯水通量有了十多倍的提高，经两次超滤过程后，氨基酸改性膜的纯水通量恢复率从65.63％上升到了92.38％，说明改性过程对膜片的抗D-氨基酸污染能力有很大程度的提高。 (5)通过E-coil细菌浸染实验考察氨基酸改性膜的抗生物污染能力，结果表明，改性过程对PVDF膜的抗生物污染能力有了一定程度的提高。3h时纯PVDF膜和PVDFg-Asn膜的通量比分别为0.7和0.81，30h内PVDFg-Asn膜没有明显的生物污染现象发生。 总之，本实验成功使用化学接枝的方法将天冬酰胺接枝到PVDF超滤膜表面，显著提高了膜表面的亲水性，虽然由于支撑层的影响，D-氨基酸静态吸附实验的结果并不理想，但是可以确定改性过程可以有效提高PVDF膜的亲水性，增强膜的抗有机、生物污染能力，对PVDF膜表面改性法的发展具有一定的指导意义。