生物启发下二硫化钼纳滤膜的制备及其性能研究

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纳滤以其成本低、效率高的优势成为水处理及海水脱盐的核心技术。在众多制备纳滤膜的材料中,近些年二维材料备受瞩目,尤以氧化石墨烯为研究热点。在不断开发新材料的过程中,成本低廉具有类石墨烯结构的二硫化钼(Mo S2)因其独特的结构特征和理化性质成为制备纳滤膜的新型材料。为了改善Mo S2表面的亲水性,受生物启发,将具备亲水性和仿生粘合功能的聚多巴胺(PDA)引入膜表面。本课题通过不同PDA修饰方法制备了三种以Mo S2为主体的纳滤膜,并改变制备条件进行多种性能测评。主要内容如下:通过Mo S2纳米片压力辅助自组装和随后的PDA修饰在水解聚丙烯腈(HPAN)基膜上制备了新型PDA/Mo S2纳滤膜(NFMs)。研究了不同Mo S2负载量及不同多巴胺聚合修饰时间下PDA/Mo S2 NFMs的分离性能。其中,当Mo S2负载量为0.11 mg/cm2、PDA聚合修饰时间为4 h,PDA/Mo S2 NFMs纯水渗透通量为135.3 LMH/bar且对亚甲基蓝(MB)的截留率接近100%。此外,该膜还对其他染料分子表现出较高截留率,而对盐溶液则表现出较强的渗透能力。通过对Mo S2纳米片进行PDA修饰制备了Mo S2@PDA纳米复合材料,随后将Mo S2@PDA负载于HPAN上制备了新型Mo S2@PDA NFMs。主要探究了不同Mo S2负载量及不同多巴胺聚合修饰时间下Mo S2@PDA NFMs的分离性能。其中当Mo S2负载量为0.11 mg/cm2,PDA修饰5 h时,Mo S2@PDA NFMs的纯水通量达到204.05LMH/bar,对MB的截留率为99%。其纯水渗透通量较上一章提高52%左右。此外,该纳滤膜对牛血清蛋白(BSA)的抗污染性能也表现良好。该膜还对其他染料分子表现出较高截留率但是整体截留效果弱于PDA/Mo S2 NFMs,对盐溶液则表现出较强的渗透能力。利用两性离子PSBMA和仿生粘合剂PDA共沉积修饰Mo S2自组装纳滤膜,以HPAN为基膜制备了新型PSBMA-PDA/Mo S2 NFMs。研究了在固定Mo S2负载量下,不同PDA和PSBMA加入比例和共沉积修饰时间对PDA/Mo S2 NFMs分离性能的影响。当PDA:PSBMA达到1:20时,其纯水渗透通量可达262.06 LMH/bar,约为PDA/Mo S2 NFMs纯水渗透通量的1.9倍。同时对透明质酸和海藻酸钠等粘多糖类污染物也表现出良好的的抗污染性能。该膜同样对其他染料分子表现出较高截留率,而对盐溶液则表现出较强渗透能力。此外,本章还对PSBMA-PDA/Mo S2 NFM进行了抑菌测试,结果表明PSBMA存在条件下,该膜对大肠杆菌表现出接近100%的抑菌效果。
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