抑菌陶瓷膜的制备及其性能研究

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陶瓷膜是以无机陶瓷材料经特殊工艺而形成的非对称膜,与有机膜相比,具有耐高温高压、耐腐蚀、耐有机溶剂,污染小,膜通量高、清洗方便、使用寿命长等优点。但在陶瓷膜的使用过程中,陶瓷膜的膜污染一直是制约着其广泛应用的主要因素。在水处理,食品饮料等领域,陶瓷膜的生物污染非常严重,将直接影响其的使用效率和寿命。因此对陶瓷膜进行抑菌改性具有重要的实际应用意义。本文分别采用溶液浸渍法和溶胶-凝胶法对实验室自制的硅藻土陶瓷膜进行抑菌改性,实验结果表明改性后的陶瓷膜的抑菌能力有着大副的提升。   本文首先对实验室自制的2种陶瓷载体膜进行筛选,结果表明硅藻土陶瓷膜的孔径分布范围皆比石英砂陶瓷膜小,且前者孔隙率略高于后者,本文选用硅藻土陶瓷膜作为载体膜。利用振荡烧瓶试验分别测试负载了Ag2O、CuO和ZnO的抑菌陶瓷膜抗总菌能力,同时考察了3种抑菌陶瓷膜稳定性。实验发现负载CuO的陶瓷膜既具有好的抑菌能力又具有好的稳定性。因此,从抑菌能力,稳定性以及经济等方面综合考虑,本文认为铜是3种金属中最合适的抑菌材料。分析了不同制备方法对铜改性抑菌陶瓷膜的影响,实验发现利用溶胶-凝胶法制备的铜改性抑菌陶瓷膜稳定性远比用溶液浸渍法制备的铜改性抑菌陶瓷膜好。   本文还对在溶胶-凝胶法制备铜改性抑菌陶瓷膜的过程中的影响因素进行了分析。研究表明选择聚乙烯醇(PVA)作为保护剂,反应温度在80℃-95℃,铜盐用量在0.5-3.0mmol时,PH控制在7左右的条件下可制得稳定的铜化合物溶胶。焙烧温度主要影响膜通量和膜表面铜胶体粒子的组成,由本研究分析结果可知随焙烧温度的升高,膜的通量先增大后减小,铜胶体粒子的组成则由混合态逐渐转变为CuO。而铜的负载量越大,铜改性抑菌陶瓷膜的抑菌能力越强、膜通量越小。   文章最后对铜改性陶瓷膜进行表征和性能测定,发现在实验条件下铜改性后的硅藻土陶瓷膜的表面并未出现一层致密的铜膜,但负载上去的铜集中地分布在载体膜表层的孔道里面。在无负载的陶瓷膜表面大肠杆菌数量随过滤时间的增加数量增加很多,而在铜改性后的陶瓷膜表面大肠杆菌数量则基本保持在一定范围内。负载铜后的陶瓷膜起始膜通量较无负载的陶瓷膜小,但过滤过程中的膜通量下降速度大为减缓。经简单一次水洗后其膜通量的恢复情况也更好,恢复率为56.2%远高于无负载的陶瓷膜的28.3%。实验所制备的铜改性陶瓷膜的安全性比较好。
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