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)放大效應等優(yōu)點，近年來，該技術(shù)在生物工程、電子、水處理等工業(yè)中的應用越來越廣泛。然而，膜生物污染問題卻是限制這項技術(shù)發(fā)展的一個瓶頸。
　　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、濃度下抑制細菌生物膜的形成，在控制膜生物污染方面的應用日益凸顯。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，并由此進一步將D-氨基酸應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，本實驗從PVDF膜的特性出發(fā)，選擇使用化學接枝的方法，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，并進一步摸索出了膜片耐受范圍內(nèi)最佳的反應條件。最后，對使用NPC活化法接枝氨基酸的改性膜進行了進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-氨基酸溶液吸附實驗結(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、實驗結(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細菌浸染實驗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時純PVDF膜和PVDFg-Asn膜的通量比分別為0.7和0.81，30h內(nèi)PVDFg-