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中国环境科学 2020年第12期40卷 5299-5307页

作者：李冬梅李树彬林显增林泓宇张博雯冯力广东工业大学土木与交通工程学院广东广州510006 佛山水业集团有限公司广东佛山528500 康科德中学美国麻州01742

以多巴胺(DA)、1,3-二氨基胍盐酸盐(DAG)、氨基化氧化石墨烯(NGO)为改性剂,将氧化沉积和表面接枝法联用于聚偏氟乙烯(PVDF)原膜表面改性,得到NGO/PDA-DAG改性膜,研究改性膜的制备条件及其抗污染性能.结果表明:①改性膜最佳制备条件为DA... 详细信息

以多巴胺(DA)、1,3-二氨基胍盐酸盐(DAG)、氨基化氧化石墨烯(NGO)为改性剂,将氧化沉积和表面接枝法联用于聚偏氟乙烯(PVDF)原膜表面改性,得到NGO/PDA-DAG改性膜,研究改性膜的制备条件及其抗污染性能.结果表明:①改性膜最佳制备条件为DA浓度1.5mg/mL,DA氧化沉积时间4h,DAG质量浓度1wt%,NGO浓度2mg/mL,NGO接枝时间1h;②改性膜的亲水性能改善明显.改性剂向膜面引入了-NH2、C=N、-OH、C=O等亲水性官能团,使静态接触角由68.7°(原膜)下降到38.7°(改性膜);③改性膜比原膜具有更高的机械强度.改性层改善了原膜表面应力传递盲区,使改性膜表面粗糙度由原膜的46.5nm下降到18.3nm.改性膜的拉伸强度和杨氏模量分别为22.83和376.25Mpa,比原膜提高了39.72%和13.57%;④改性膜的选择透过性和抗有机污染性能显著提高.与原膜相比,改性膜对牛血清白蛋白(BSA)的截留率提高18.64%、纯水通量恢复率提高34.08%、膜总污染率下降20.67%(可逆污染率提高13.41%、不可逆污染率下降34.08%);⑤改性膜抗菌性能强,且抗菌效果稳定持久.改性膜连续4次抗菌测试(38℃下接触2h)的平均抗菌率分别为92.3%、88.5%、87.9%、85.6%,能有效防止生物膜污染发生,而原膜无任何抗菌特性.

关键词：氨基化氧化石墨烯胍类抗菌剂改性膜抗有机污染性能抗菌性能

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NGO-PDA-DAG复合改性膜的制备及其抗污染性能研究

NGO-PDA-DAG复合改性膜的制备及其抗污染性能研究

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作者：李树彬广东工业大学

学位级别：硕士

为解决膜污染的问题,本文对常规有机膜进行表面改性,改善膜表面的亲水性与抗菌性,提高其表面抗污染性能。首先,利用乙二胺对氧化石墨烯(GO)氨基化改性,制备亲水性和亲核反应活性较高的氨基化氧化石墨烯(NGO)。然后,以聚多巴胺(PDA)、1,3... 详细信息

为解决膜污染的问题,本文对常规有机膜进行表面改性,改善膜表面的亲水性与抗菌性,提高其表面抗污染性能。首先,利用乙二胺对氧化石墨烯(GO)氨基化改性,制备亲水性和亲核反应活性较高的氨基化氧化石墨烯(NGO)。然后,以聚多巴胺(PDA)、1,3-二氨基胍盐酸盐(DAG)、NGO作为改性剂,采用氧化沉积与表面接枝的方法,对PVDF原膜表面进行亲水性与抗菌性改性,制得NGO-PDA-DAG改性膜,确定改性膜的最佳制备条件。通过改性膜表面化学结构、形貌结构特征、亲水性能、机械强度等特性表征,测试其选择透过性(纯水通量、有机污染物截留率)、抗有机污染性能及稳定性、长效抗菌性能,研究改性膜的抗污染特性。结果表明:(1)氨基化改性剂NGO上带有-NH、-CO-NH、-OH等亲水性官能团,各化学元素组成分别为C(70.58%)、O(18.67%)、H(3.62%)、N(7.13%)。(2)NGO平均片层厚度为1.12nm,呈纳米级单层片状结构。NGO分散液呈正电性(+20.4m V),在静电斥力的作用下,NGO分散液静置24小时也不会发生聚集沉积,具有优异的分散稳定性。(3)NGO-PDA-DAG改性膜最佳制备条件为:DA浓度1.5mg·ml、NGO浓度2mg·ml、DAG质量浓度1wt%、DA氧化沉积时间4h、NGO接枝时间1h。(4)NGO-PDA-DAG改性层成功附着在PVDF原膜表面。除了原膜具有的C-F、C-H等特征官能团外,改性膜表面还带有来自PDA、DAG和NGO的-NH、C=N、C=O等特征官能团。改性膜表面O、N元素含量分别为21.25%、7.07%(原膜表面无O、N元素),O/C比提高到0.30。同时,改性层覆盖了原膜表面的膜孔,使改性膜表面平均粗糙度由原膜的46.5nm下降到18.3nm。粗糙度的降低能减少污染物的积累,降低细菌在改性膜上生长繁殖的几率,有效提高改性膜表面抗污染性能。(5)与PVDF原膜相比,NGO-PDA-DAG改性膜的亲水性能改善明显。膜表面增加了-NH、C=N、-OH、C=O等亲水性官能团,使改性膜的静态接触角由原膜的68.7°下降到38.7°。(6)NGO-PDA-DAG改性膜比PVDF原膜具有更高的机械强度。改性膜拉伸强度与杨氏模量分别为22.83MPa、376.25 MPa,比原膜的16.34 MPa、331.30 MPa分别提高39.72%和13.57%。(7)与PVDF原膜相比,NGO-PDA-DAG改性膜选择透过性提高明显。改性膜纯水通量与原膜的纯水通量相近,但改性膜对BSA的截留率为92.16%,在原膜截留率(73.52%)基础上提高了18.64%,选择透过性能更好。(8)NGO-PDA-DAG改性膜对有机污染物的抗污染性能显著增强。原膜纯水通量恢复率仅为30.56%,改性膜纯水通量恢复率为64.64%,比原膜提高了34.08%。而且,改性膜的总污染率为56.61%,比原膜减少20.67%。其中,可逆污染率提高了13.41%,不可逆污染率下降了34.08%。(9)NGO-PDA-DAG改性膜比PVDF原膜具有更稳定的抗有机污染性能,错流清洗后可重复使用。经三个过滤-清洗周期后,原膜纯水通量仅为测试前的24.14%,而改性膜纯水通量能恢复到60.76%。膜表面的改性层没有因错流清洗而脱落,抗污染性能稳定持久。(10)与PVDF原膜相比,NGO-PDA-DAG改性膜表面具有更强的抗菌能力,且抗菌效果持久。原膜无任何抗菌能力,而改性膜长效抗菌性能测试的平均抗菌率分别为92.3%、88.5%、87.9%、85.6%。改性膜能持久地发挥抗菌作用,有效防止生物膜污染发生。

关键词：氨基化氧化石墨烯胍类抗菌剂改性膜抗有机污染性能抗菌性能

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