短鏈氨基酸改性聚偏氟乙烯超濾膜—改性方法和性能分析.pdf

1、與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比，膜分離技術(shù)具有操作簡便、占地面積小、無相變、基本沒有工業(yè)放大效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來，該技術(shù)在生物工程、電子、水處理等工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。然而，膜生物污染問題卻是限制這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。
　　傳統(tǒng)的控制膜生物污染的方法可以起到一定的殺菌效果，然而針對性較差，效果不理想。新型生物的控制方法可以從微生物的生長規(guī)律著手，阻斷生物膜的形成，目前越來越受到人們的重視。D-氨基酸是天然L-氨基酸的空間異構(gòu)體，它可以在低

2、濃度下抑制細(xì)菌生物膜的形成，在控制膜生物污染方面的應(yīng)用日益凸顯。日前，本課題組使用D-氨基酸控制MBR系統(tǒng)的膜生物污染，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膜污染現(xiàn)象反而加重了，分析產(chǎn)生原因，我們發(fā)現(xiàn)D-氨基酸本身對PVDF膜造成了有機(jī)污染。因此，尋求新的方法解決D-氨基酸自身帶來的污染問題，并由此進(jìn)一步將D-氨基酸應(yīng)用于膜生物污染控制具有重要的意義。
　　聚偏氟乙烯是常見的憎水性膜材料，本實(shí)驗(yàn)從PVDF膜的特性出發(fā)，選擇使用化學(xué)接枝的方法，首先嘗試了兩種將

3、兩性氨基酸接枝到PVDF膜表面的路徑，最終成功確立NPC活化法為最優(yōu)接枝路線，并進(jìn)一步摸索出了膜片耐受范圍內(nèi)最佳的反應(yīng)條件。最后，對使用NPC活化法接枝氨基酸的改性膜進(jìn)行了進(jìn)一步的表面性能分析以及抗污染性能測試，所得結(jié)果如下:
　　(1)使用全反射紅外光譜(ATR-FITR)初步檢測膜表面官能團(tuán)的變化，結(jié)果顯示天冬酰胺改性膜有氨基峰的出現(xiàn)，羧基峰受水氣峰干擾不明顯，初步確定膜表面有氨基酸的引入;使用X光電子能譜(XPS)進(jìn)一步分析

4、表面元素組成，結(jié)果顯示氨基酸改性后膜表面與未改性PVDF膜相比，N和O元素分別有了1.41％和17.31％的提高，進(jìn)一步說明了膜表面天冬酰胺的引入。
　　(2)使用掃描電子顯微鏡觀測膜表面的形貌，結(jié)果顯示經(jīng)羥基化后膜孔徑大小及分布情況基本沒變化;接枝氨基酸之后，膜孔徑變大、孔隙率降低、粗糙度也有了很大程度的提高，這說明改性過程對膜的分離性能有一定程度的影響。
　　(3)靜態(tài)接觸角測試結(jié)果顯示純PVDF膜片、羥基化PVDF膜片

5、以及PVDF-g-Asn膜片的純水靜態(tài)接觸角分別為102.1°、67.6°和22.7°，這說明羥基化過程對膜的親水性有一定程度的提高，接枝氨基酸過程進(jìn)一步提高了羥基化PVDF膜的親水性。
　　(4)靜態(tài)D-氨基酸溶液吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PVDF-g-Asn膜與純PVDF膜相比，D-酪氨酸吸附量略有降低，但效果不明顯;混合D-氨基酸的吸附量明顯降低了（與純PVDF膜相比降低14.43ug/cm2），不同接枝率下的吸附量差異不明顯;超濾

6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示PVDF-g-Asn膜的純水通量有了十多倍的提高，經(jīng)兩次超濾過程后，氨基酸改性膜的純水通量恢復(fù)率從65.63％上升到了92.38％，說明改性過程對膜片的抗D-氨基酸污染能力有很大程度的提高。
　　(5)通過E-coil細(xì)菌浸染實(shí)驗(yàn)考察氨基酸改性膜的抗生物污染能力，結(jié)果表明，改性過程對PVDF膜的抗生物污染能力有了一定程度的提高。3h時(shí)純PVDF膜和PVDFg-Asn膜的通量比分別為0.7和0.81，30h內(nèi)PVDFg-