戊二醛-聚乙烯亚胺/羧甲基壳聚糖荷电纳滤膜的制备及性能研究

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实验以羧甲基壳聚糖(NOCMC)、聚乙烯亚胺(PEI)和戊二醛(GA)的共聚物(GA-PEI)作为聚阴阳离子活性层,采用表面改性协同化学交联的方法在聚醚砜超滤膜(PES)上交叉吸附,制备了具有优良分离渗透性能的(GA-PEI/NOCMC)3复合膜。借助紫外辅助技术,将银粒子以不同方式络合至膜面各点位上,通过原位还原制备出(GA-PEI/NOCMC)3-Ag膜及(GA-PEI-Ag/NOCMC)3膜。通过X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了NOCMC,同时研究了它的总取代度及其对pH的依赖性。通过原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、接触角和Zeta电位分析了复合膜的结构及性质。实验研究了沉浸层数、交联剂含量及铸膜液的pH对复合膜分离渗透的影响。同时探讨了复合膜的纯水渗透性能、截留分子量及其对无机盐的截留效果,并评价了载银膜上银的稳定性及抗菌性。确定制膜的最佳条件为:GA-PEI复合物中PEI浓度为5 g/L,GA质量分数为5%;NOCMC浓度为1 g/L;羧甲基壳聚糖溶液的pH控制在6-8;沉浸层数为3层。(GA-PEI/NOCMC)3复合膜在AgNO3溶液中的络合时间为90 min,而PES基膜在GA-PEI-Ag+复合溶液中的络合时间为60 min。SEM、接触角和AFM等测试技术验证了NOCMC、GA-PEI以及纳米银已成功吸附至PES表面,同时复合膜的亲水性有了提高,膜的粗糙度随着银粒子的载入而增大。测定(GA-PEI/NOCMC)3复合膜的纯水渗透系数为19.446L·m-2·h-1·MPa-1、截留分子量为659 Da及其有效孔径为0.60 nm。(GA-PEI/NOCMC)3复合膜对二价阳离子无机盐(MgCl2和MgSO4)的脱除效果均达到90%。运用络合-纳滤技术使得复合膜对Cu2+和Cd2+的脱除效果由80%上升至90%。抑菌实验表明相对于(GA-PEI/NOCMC)3复合膜及(GA-PEI-Ag/NOCMC)3膜,(GA-PEI/NOCMC)3-Ag膜对大肠杆菌具有最优的抗菌效果,其抑菌圈直径增大了23.55%。
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