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膜分离技术是水纯化和污水处理领域的一项革命性技术。本研究针对含盐有机废水的处理问题,开发了一系列用于处理染料水的专用膜材料。针对染料分子与二价盐之间尺寸的差异,通过设计新的纳米功能材料和引入新的反应单体,采用成熟的相转化法和界面聚合法分别制备了荷电镶嵌膜和疏松纳滤膜。这种成熟的制膜方法有利于膜材料进一步的工业化生产,而且测试结果表明这些膜都可以很好地实现对盐和染料的分离。而后,以多巴胺快速沉淀法为基础,分别引入了荷正电的聚乙烯亚胺以及亲水性的两性离子来制备多功能疏松纳滤膜。结果表明加入硫酸铜和双氧水可以有效地促进多巴胺形成稳定均匀的涂层,并使沉积时间大大缩短,这种多巴胺快速沉淀法是一种方便、高效的表面改性方法。由于多巴胺的粘合性和高亲水性,这种方法可以很容易的和其他功能材料结合来调控膜的表面性能,因此针对不同的应用需要来制备相应的膜材料,是一种很有潜力的膜制备方法。 为了适应膜分离技术的快速发展,开发适用不同应用体系的膜分离材料势在必行。因此,本论文中提出的三种方法都强调其对膜性能的可调控性,并对此作了一定的研究和探讨,具体内容如下: (1)采用表面引发的反向原子转移自由基聚合,将两性离子磺酸基甜菜碱(SBMA)与带正电的Mg/Al水滑石(HT)接枝聚合得到杂化纳米片层材料(HT-SBMA)。然后,通过原位法将其剥离并添加到聚醚砜(PES)膜材料中,采用相转化法制备荷电镶嵌膜。结果表明,荷电镶嵌膜与原始膜相比表现出更强的离子交换能力、表面亲水性、水力渗透性。更重要的是,荷电镶嵌膜表现出更强的染料截留能力和优越的盐渗透能力。 (2)以具有抗菌活性的溶菌酶作为水相单体,1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)作为油相单体,通过界面聚合法制备超薄分离层。考察不同水相单体和油相单体的成膜性能,并对膜的形貌、亲水性、抗菌性及渗透分离性能做了全面的研究。由于酶氨基酸的结构特点,溶菌酶可以作为水相单体通过界面聚合法成膜,通过红外和扫描电镜验证溶菌酶聚合物活性层的形成。最佳膜的纯水通量达到了14.5Lm-2h-1bar-1,并且对低分子量活性染料表现出很高的截留率(600-800Da,>98.0%),而对盐则表现出较低的截留率(<5%)。此外,溶菌酶浓度较高的膜对大肠杆菌具有较好的抗菌活性(81.9%)。这种简单的膜制备方法不仅实现了酶固定(保证酶活性),而且制备了拥有良好分离性能的膜材料。溶菌酶膜不仅证明了它们在去除染料方面的潜力,同时也证实了界面聚合在酶固定化和蛋白质聚合物膜构建领域中的价值。 (3)提出了一种简单的疏松纳滤膜制备方法,采用硫酸铜和双氧水作为催化剂,将仿生胶粘剂聚多巴胺和聚乙烯亚胺快速共沉积成膜。通过这一方法,膜的表面性质和过滤性能可以很容易地根据聚乙烯亚胺和催化剂的添加量,以及沉积时间进行优化调节。聚乙烯亚胺可以提升膜的表面物理化学性能,得到低粗糙度,高亲水性,以及相对中电性的膜表面。最优膜是在聚多巴胺和聚乙烯亚胺快速沉淀一个小时后得到的,这种膜显示出超高的透水性,对正负染料均有很高的截留性能,但是对二价盐的截留很低,因此可以用来进行染料废水的处理。此外,膜在碱性条件下也显示出良好的长期操作稳定性。 (4)将多巴胺快速共沉淀法将两性离子聚合物磺酸基甜菜碱引入到膜活性分离层中。两性离子具有很好的亲水性和高密度的阴阳离子基团,可以用来提高膜的抗污染能力并对膜的表面荷电性能进行调控。本章考察了不同硫酸铜浓度对多巴胺膜的影响,后选用最优催化剂浓度考察了两性离子聚合物添加量对膜性能的影响。研究结果表明硫酸铜浓度为7mM,两性离子聚合物浓度为1mg/mL时的膜表现出了最优的性能。这种膜不仅能有效的分离染料和盐,还具有优异的抗菌和抗污染能力,表现出了很好的工业应用前景。