氧化石墨烯纳米复合膜的制备及抗污染性能研究
摘要：
膜分离技术由于具有装置简单,分离过程无相变,效率高,能耗低,无二次污染等优点,广泛应用于水净化领域.膜污染是限制膜分离技术应用的瓶颈.膜生物污染会破坏膜结构,降低膜渗透通量,提高能耗并降低膜寿命,进而加大了污水处理成本.因此开发具有抗污染性能的分离膜在海水脱盐,废水回用等领域具有重要的意义.本论文针对膜分离技术中的膜生物污染问题,以氧化石墨烯和氧化石墨烯纳米银复合材料为原料,分别通过界面聚合及真空抽滤的方法制备出高性能抗污染分离膜,在系统评估新型膜抗污染性能的基础上,解析新型膜抗生物污染的机理.论文的主要研究内容与结果如下:(1)通过界面聚合的方法将氧化石墨烯掺杂在薄膜层中,考察了氧化石墨烯的引入对聚酰胺膜结构,亲水性及分离性能的影响.扫描电镜及原子力显微镜对膜表面结构分析发现,负载氧化石墨烯后,膜表面更加粗糙.膜表面接触角分析发现,氧化石墨烯能在一定程度上改善分离膜的亲水性能.本研究以牛血清蛋白(BSA)及大肠杆菌为模型,考察了氧化石墨烯的引入对膜表面抗粘附性能的影响.分析发现氧化石墨烯改性后的膜具有较强的抗粘附性能,BSA的吸附量由原来的68.91 μg/cm2降至48.22 μg/cm2.抗菌测试分析表明,浓度为80μg/mL的氧化石墨烯溶液与大肠杆菌接触2h后,细菌死亡率高达79.3%.然而氧化石墨烯聚酰胺膜并未表现出明显的抗菌性能,但氧化石墨烯的掺杂明显的改善了膜表面亲水性能及抗污染性能,增加膜渗透通过量的同时,仍保持较高截盐率.(2)以柠檬酸钠为还原剂,通过原位制备粒径可控的氧化石墨烯纳米银复合材料,考察了氧化石墨烯纳米银复合材料的抗菌性能和机理.以大肠杆菌为模型菌,通过细菌生长动力学试验及荧光染色试验评价了氧化石墨烯纳米银复合材料的抑菌性能.结果表明原位制备的纳米银呈球状均匀分布在氧化石墨烯表面.氧化石墨烯纳米银复合材料对大肠杆菌有较强的抑菌效果,且其卓越的抑菌效果是通过氧化石墨烯与纳米银材料的协同作用来完成的.因此,氧化石墨烯纳米银是一种非常有效的抑菌材料.(3)采用氧化石墨烯纳米银复合材料为原料通过真空抽滤的方法制备出氧化石墨烯纳米银复合膜.研究结果表明,氧化石墨烯纳米银复合膜具有较好的亲水性能,且氧化石墨烯纳米银复合膜表现出了较强的抗菌性能,与细菌接触2h后,导致大约85.5%的细菌死亡.在24 h过滤过程中,氧化石墨烯纳米银复合膜的膜通量下降了46%,而醋酸纤维膜的膜通量下降了88%,氧化石墨烯纳米银复合膜表现出了较强的抗污染能力.
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学位级别：
硕士
学位年度：
2015
DOI：
10.7666/d.Y2794813
被引量：
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