论文部分内容阅读
超滤膜生物污染是膜法水处理领域常常要面临的问题,大量细菌微生物吸附在膜表面,致使膜渗透性能发生不可逆变化,导致操作能耗增加,膜使用寿命降低。为此,本论文旨在对聚醚砜(PES)超滤膜进行改性,以提高膜的抗菌能力,抑制膜生物污染。论文选用天然抗菌剂溶菌酶,考虑到游离酶稳定性差,研究采用两种固体材料将酶固定化。以固定化溶菌酶作为抗菌材料,采用共混改性方法制备负载溶菌酶的聚醚砜杂化超滤膜。论文主要研究内容如下:(1)以HNTs为原材料,反应接枝异氰酸基(HNTs-NCO)之后,与丁二酸酐反应在HNTs中引入羧基(HNTs-COOH),在EDC和NHS作用下,发生胺偶联反应,以共价键和方式实现对溶菌酶的固定化(HNTs-COOH-Ly)。将HNTs-COOH-Ly与PES共混制备PES/Ly杂化膜,并对膜的结构形态、水接触角、水通量、截留率、断裂强度和拉伸伸长率、抑菌率等性能进行了系列表征。结果表明: HNTs-COOH-Ly的添加使得杂化膜的亲水性得以改善;当HNTs-COOH-Ly添加量为3%时,水通量达到400L/(m2·h),膜对PEG20000的截留率降至69%,但对PVA30000-70000的截留率则维持在99%以上,杂化膜分离特性良好。此外,HNTs-COOH-Ly的添加提高了膜的抗菌能力,添加量为3%时,对大肠杆菌的抑菌率达到63%。(2)将HNTs进行改性,表面沉积AlOOH后,通过原位生长技术在纳米管表面生成水滑石片层HNTs@LDH,使溶菌酶在其表面吸附固定化获得HNTs@LDH-Ly,并与PES共混制备PES/Ly杂化膜,有关膜性能研究证实:HNTs@LDH-Ly的添加提高了膜的拉伸强度,改善了膜亲水性;HNTs@LDH-Ly添加量增大到3%时,膜的水通量达到528L/(m2·h),膜对PEG20000的截留率降至64%,但对PVA30000-70000的截留率则维持在99%以上。同样,HNTs-COOH-Ly的添加提高了膜的抗菌能力,当HNTs@LDH-Ly添加量为3%时,对大肠杆菌的抑菌率达87%。(3)以氧化石墨烯(GO)为载体,分别在两种溶液中通过不同方法将溶菌酶固定在GO表面。在水溶液中,GO与溶菌酶通过静电和氢键等作用力结合,实现溶菌酶的固定化GO-Ly(EI);在溶液中添加EDC和NHS,活化GO表面的羧基,使其与溶菌酶上的氨基酸残基共价反应,实现溶菌酶的固定化GO-Ly(CI)。将固定化酶与PES共混制备PES/Ly杂化膜,性能研究证实:GO-Ly(EI)、GO-Ly(CI)的加入均能提高膜的拉伸强度,改善膜的亲水性,尤其GO-Ly(EI)的添加对于膜的亲水效果改善更为明显;当GO-Ly添加量为1.5%时,膜的水通量达308L/(m2·h)-318L/(m2·h),膜对PEG20000的截留率在73%左右,对PVA30000-70000的截留率维持在99%以上,膜对大肠杆菌的抑菌率介于63%-68%。(4)GO经化学还原得到CRGO,CRGO含有极少的含氧官能团,表面具有疏水性,通过与溶菌酶分子间的疏水作用力实现固定化CRGO-Ly。与PES共混制备PES/Ly杂化膜,研究结果表明:CRGO-Ly的添加对膜的拉伸强度、膜亲水性的影响与添加GO-Ly类似;当CRGO-Ly添加量为1.5%时,膜的水通量为372L/(m2·h),膜对PEG20000的截留率63%,对PVA30000-70000的截留率则维持在99%以上,膜对大肠杆菌的抑菌率达71%。