兩性荷電復合納濾膜的制備及性能研究
發(fā)布時間:2021-04-01 17:10
本文基于層層自組裝技術(shù),采用聚多巴胺(PDA)和2-羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖(HTCC)對聚醚砜(PES),超濾膜進行了表面功能化改性,制備了(HTCC/PDA)3/PES兩性荷電復合納濾膜,并利用荷電膜表層PDA的黏附性以及對Ag+的原位還原作用,在膜表面成功負載上銀納米顆粒(AgNPs)改善了膜的抗菌性能。實驗探討了鑄膜液濃度、自組裝層數(shù)、支撐鹽濃度、氧化劑Cu2+濃度和AgN03濃度等因素對膜性能的影響;通過原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉紅外光譜(FTIR)和接觸角測試等技術(shù)對膜結(jié)構(gòu)和性能進行了表征;測定了荷電膜的純水滲透性能、截留分子量和Zeta電位等參數(shù);研究了兩性荷電復合納濾膜的脫鹽及對有機污染物PPCPs的截留效果,并對膜的穩(wěn)定性和抗菌性進行了研究。研究結(jié)果表明,當PDA濃度為4 g/L,組裝3個雙層,支撐鹽和Cu2+濃度分別為0.075、4 g/L,可獲得優(yōu)化的(HTCC/PDA)3/PES兩性荷電復合納濾膜,該膜的純水滲透系數(shù)為15.67L·m-2·h-1·MPa-1,截留分子量為935Da,等電點為3.4。AFM和接觸角測試表明,復合納濾膜...
【文章來源】:南京理工大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】:65 頁
【學位級別】:碩士
【圖文】:
圖1.1聚多巴胺在不同pH下的帶電情況(a)和對陰陽離子的選擇透過性(b)??Figure?1.1?Charge?property?(a)?and?selective?penneability?(b)?of?PDA?in?various?pH?conditions??1.3多巴胺在膜領(lǐng)域中的應用??
聚電解質(zhì)陰離子PDA所帶電荷不同,兩者之間存在的靜電作用力成功將其牢牢束縛在??一起,從而可在基膜表面上進行沉積組裝。HTCC與PDA依靠靜電力在PES基膜表面??的結(jié)合原理如圖2.1所示。??此外,多巴胺本身也具有能夠強力附著在材料表面的能力,雖然其原因還有待進一??步研究,不過就目前所掌握資料來看,多巴胺表面存在著氨基以及鄰苯二酚這兩種官能??團,這種構(gòu)造能夠和有機-無機表面建立起共價和非共價的相互作用,在基體表面發(fā)生??交聯(lián)反應,從而使聚多巴胺交聯(lián)層能夠強力附著在材料表層上[62,63]。除了靜電作用力以??及黏附力以外,理論上HTCC與PDA之間還可以通過官能團結(jié)合:聚多巴胺層中含有??豐富的鄰苯二酚基團,在堿性環(huán)境下,這些基團易被氧化成醌式結(jié)構(gòu),從而與含有亞氨??基的HTCC發(fā)生邁克爾加成反應。??長!ㄊ哽兑??LH0?^?-I"?L?h/?J?-I"?I?^h3??I?-/CH3?CH2CHCH2N?-CH3CI-??CH^HCH2N-CH3Cr?二發(fā)??HTCC?Q?HTCC/PDA??圖2.1依靠靜電力HTCC與PDA的結(jié)合原理??Figure?2.1?Combination?principle?of?HTCC?and?PDA?by?electrostatic?force??(2)環(huán)氧氯丙烷的交聯(lián)原理??HTCC和PDA在PES基膜表面形成的復合物層,若長時間在水中浸泡可能會由于??靜電力不夠強等原因?qū)е缕浔砻姘l(fā)生溶脹等情況
分別配置濃度為?0.2、0.4、0.6、0.8?和?1.0?g/L?的?MgCl2、NaCl、KC1、Na2S04、K2S04、??MgS04六種無機鹽溶液。平行測定三次每種無機鹽在不同濃度下的電導率值,取其平均??值。逐一記錄數(shù)據(jù)并分別繪制出各種無機鹽的濃度與電導率關(guān)系的標準曲線,如圖2.2??所示,可以看出,電導率與鹽濃度的大小成正相關(guān)。經(jīng)過線性擬合得到六種無機鹽對應??的線性回歸方程,其R2值均大于0.99,如表2.3所示,為后續(xù)工作做準備。??2.41???????+.MgCl2?,??2?1?-?,??二!?NaC!?席??笠1.8」hi?,y?:夕??J?^?Na,S04?Z?費夕’??旦???KrS04?■?J??;>?■??.??10-9"?%?*??l〇.6????O?m??u?y??0.3-?^??0?0.1?0.2?0.3?0.4?0.5?0.6?0.7?0.8?0.9?1.0?IJ??Feed?concentration?(g/L)??圖2.2無機鹽濃度-電導率曲線??Figure?2.2?Fitting?curve?of?inorganic?sa
【參考文獻】:
期刊論文
[1]納濾膜去除飲用水中多種重金屬的研究[J]. 陳麗珠,盛德洋,申露威,鐘惠舟. 給水排水. 2016(11)
[2]有機大分子對聚酰胺復合納濾膜偏硅酸鈉污染的影響[J]. 張曉婷,王磊,楊若松,王佳璇. 中國環(huán)境科學. 2016(02)
[3]水環(huán)境中藥品和個人護理品的遷移轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化、毒性效應及其風險評估[J]. 劉曉暉,董文平,喬光明,王玉番,王煒亮. 科技導報. 2015(16)
[4]Maintenance of the activity of mono-dispersed Au and Ag nano-particles embedded in agar gel for ion-sensing and antimicrobial applications[J]. Yijuan Long,Yi Wang,Yue Liu,Qiaoling Zeng,Yuanfang Li. Science China Chemistry. 2015(04)
[5]利用聚合多巴胺及PEG對PVDF中空纖維膜進行表面功能化的研究[J]. 楊林明,李方,杜春慧,黃禮超,朱運鋒,楊波. 膜科學與技術(shù). 2014(03)
[6]膜法生產(chǎn)飲用水過程中納濾膜生物污染的研究[J]. 鄭甜甜,黃丹,班允赫,劉蕊,張陽. 水處理技術(shù). 2013(10)
[7]反滲透與納濾系統(tǒng)的運行及污染對比分析[J]. 李肖清,靖大為,嚴丹燕,楊宇星,李菁楊. 水處理技術(shù). 2012(04)
[8]多巴胺的自聚-附著行為與膜表面功能化[J]. 徐又一,蔣金泓,朱利平,朱寶庫. 膜科學與技術(shù). 2011(03)
[9]納濾膜去除水中微量類固醇類雌激素[J]. 程愛華,王磊,王旭東,張虹,張莉,張睿,王志盈. 膜科學與技術(shù). 2008(05)
[10]三氯生在水環(huán)境中的存在行為及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究進展[J]. 周世兵,周雪飛,張亞雷,石璐. 環(huán)境污染與防治. 2008(10)
碩士論文
[1]微量PPCPs的SPE-HPLC檢測方法及其在HTCC/PES膜上的分離影響研究[D]. 朱立君.南京理工大學 2015
[2]PDA與SiO2納米通道的制備及其在手性分離中的應用[D]. 馬騰飛.上海師范大學 2015
[3]季銨化殼聚糖/聚醚砜荷正電復合膜的制備及其性能研究[D]. 劉鄭麗.南京理工大學 2014
[4]聚多巴胺復合膜的制備及其性能研究[D]. 蔣鈺燁.中國海洋大學 2013
[5]基于氧化石墨烯—納米銀復合材料的抑菌陶瓷膜制備及性能研究[D]. 鄧堯.華南理工大學 2013
[6]殼聚糖膜的制備及滲透蒸發(fā)分離乙醇/水體系的研究[D]. 陳雪.天津大學 2008
本文編號:3113686
【文章來源】:南京理工大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】:65 頁
【學位級別】:碩士
【圖文】:
圖1.1聚多巴胺在不同pH下的帶電情況(a)和對陰陽離子的選擇透過性(b)??Figure?1.1?Charge?property?(a)?and?selective?penneability?(b)?of?PDA?in?various?pH?conditions??1.3多巴胺在膜領(lǐng)域中的應用??
聚電解質(zhì)陰離子PDA所帶電荷不同,兩者之間存在的靜電作用力成功將其牢牢束縛在??一起,從而可在基膜表面上進行沉積組裝。HTCC與PDA依靠靜電力在PES基膜表面??的結(jié)合原理如圖2.1所示。??此外,多巴胺本身也具有能夠強力附著在材料表面的能力,雖然其原因還有待進一??步研究,不過就目前所掌握資料來看,多巴胺表面存在著氨基以及鄰苯二酚這兩種官能??團,這種構(gòu)造能夠和有機-無機表面建立起共價和非共價的相互作用,在基體表面發(fā)生??交聯(lián)反應,從而使聚多巴胺交聯(lián)層能夠強力附著在材料表層上[62,63]。除了靜電作用力以??及黏附力以外,理論上HTCC與PDA之間還可以通過官能團結(jié)合:聚多巴胺層中含有??豐富的鄰苯二酚基團,在堿性環(huán)境下,這些基團易被氧化成醌式結(jié)構(gòu),從而與含有亞氨??基的HTCC發(fā)生邁克爾加成反應。??長!ㄊ哽兑??LH0?^?-I"?L?h/?J?-I"?I?^h3??I?-/CH3?CH2CHCH2N?-CH3CI-??CH^HCH2N-CH3Cr?二發(fā)??HTCC?Q?HTCC/PDA??圖2.1依靠靜電力HTCC與PDA的結(jié)合原理??Figure?2.1?Combination?principle?of?HTCC?and?PDA?by?electrostatic?force??(2)環(huán)氧氯丙烷的交聯(lián)原理??HTCC和PDA在PES基膜表面形成的復合物層,若長時間在水中浸泡可能會由于??靜電力不夠強等原因?qū)е缕浔砻姘l(fā)生溶脹等情況
分別配置濃度為?0.2、0.4、0.6、0.8?和?1.0?g/L?的?MgCl2、NaCl、KC1、Na2S04、K2S04、??MgS04六種無機鹽溶液。平行測定三次每種無機鹽在不同濃度下的電導率值,取其平均??值。逐一記錄數(shù)據(jù)并分別繪制出各種無機鹽的濃度與電導率關(guān)系的標準曲線,如圖2.2??所示,可以看出,電導率與鹽濃度的大小成正相關(guān)。經(jīng)過線性擬合得到六種無機鹽對應??的線性回歸方程,其R2值均大于0.99,如表2.3所示,為后續(xù)工作做準備。??2.41???????+.MgCl2?,??2?1?-?,??二!?NaC!?席??笠1.8」hi?,y?:夕??J?^?Na,S04?Z?費夕’??旦???KrS04?■?J??;>?■??.??10-9"?%?*??l〇.6????O?m??u?y??0.3-?^??0?0.1?0.2?0.3?0.4?0.5?0.6?0.7?0.8?0.9?1.0?IJ??Feed?concentration?(g/L)??圖2.2無機鹽濃度-電導率曲線??Figure?2.2?Fitting?curve?of?inorganic?sa
【參考文獻】:
期刊論文
[1]納濾膜去除飲用水中多種重金屬的研究[J]. 陳麗珠,盛德洋,申露威,鐘惠舟. 給水排水. 2016(11)
[2]有機大分子對聚酰胺復合納濾膜偏硅酸鈉污染的影響[J]. 張曉婷,王磊,楊若松,王佳璇. 中國環(huán)境科學. 2016(02)
[3]水環(huán)境中藥品和個人護理品的遷移轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化、毒性效應及其風險評估[J]. 劉曉暉,董文平,喬光明,王玉番,王煒亮. 科技導報. 2015(16)
[4]Maintenance of the activity of mono-dispersed Au and Ag nano-particles embedded in agar gel for ion-sensing and antimicrobial applications[J]. Yijuan Long,Yi Wang,Yue Liu,Qiaoling Zeng,Yuanfang Li. Science China Chemistry. 2015(04)
[5]利用聚合多巴胺及PEG對PVDF中空纖維膜進行表面功能化的研究[J]. 楊林明,李方,杜春慧,黃禮超,朱運鋒,楊波. 膜科學與技術(shù). 2014(03)
[6]膜法生產(chǎn)飲用水過程中納濾膜生物污染的研究[J]. 鄭甜甜,黃丹,班允赫,劉蕊,張陽. 水處理技術(shù). 2013(10)
[7]反滲透與納濾系統(tǒng)的運行及污染對比分析[J]. 李肖清,靖大為,嚴丹燕,楊宇星,李菁楊. 水處理技術(shù). 2012(04)
[8]多巴胺的自聚-附著行為與膜表面功能化[J]. 徐又一,蔣金泓,朱利平,朱寶庫. 膜科學與技術(shù). 2011(03)
[9]納濾膜去除水中微量類固醇類雌激素[J]. 程愛華,王磊,王旭東,張虹,張莉,張睿,王志盈. 膜科學與技術(shù). 2008(05)
[10]三氯生在水環(huán)境中的存在行為及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究進展[J]. 周世兵,周雪飛,張亞雷,石璐. 環(huán)境污染與防治. 2008(10)
碩士論文
[1]微量PPCPs的SPE-HPLC檢測方法及其在HTCC/PES膜上的分離影響研究[D]. 朱立君.南京理工大學 2015
[2]PDA與SiO2納米通道的制備及其在手性分離中的應用[D]. 馬騰飛.上海師范大學 2015
[3]季銨化殼聚糖/聚醚砜荷正電復合膜的制備及其性能研究[D]. 劉鄭麗.南京理工大學 2014
[4]聚多巴胺復合膜的制備及其性能研究[D]. 蔣鈺燁.中國海洋大學 2013
[5]基于氧化石墨烯—納米銀復合材料的抑菌陶瓷膜制備及性能研究[D]. 鄧堯.華南理工大學 2013
[6]殼聚糖膜的制備及滲透蒸發(fā)分離乙醇/水體系的研究[D]. 陳雪.天津大學 2008
本文編號:3113686
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