两性荷电复合纳滤膜的制备及性能研究
发布时间：2021-04-01 17:10
本文基于层层自组装技术,采用聚多巴胺（PDA）和2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖（HTCC）对聚醚砜（PES）,超滤膜进行了表面功能化改性,制备了（HTCC/PDA）3/PES两性荷电复合纳滤膜,并利用荷电膜表层PDA的黏附性以及对Ag+的原位还原作用,在膜表面成功负载上银纳米颗粒（AgNPs）改善了膜的抗菌性能。实验探讨了铸膜液浓度、自组装层数、支撑盐浓度、氧化剂Cu2+浓度和AgN03浓度等因素对膜性能的影响;通过原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）和接触角测试等技术对膜结构和性能进行了表征;测定了荷电膜的纯水渗透性能、截留分子量和Zeta电位等参数;研究了两性荷电复合纳滤膜的脱盐及对有机污染物PPCPs的截留效果,并对膜的稳定性和抗菌性进行了研究。研究结果表明,当PDA浓度为4 g/L,组装3个双层,支撑盐和Cu2+浓度分别为0.075、4 g/L,可获得优化的（HTCC/PDA）3/PES两性荷电复合纳滤膜,该膜的纯水渗透系数为15.67L·m-2·h-1·MPa-1,截留分子量为935Da,等电点为3.4。AFM和接触角测试表明,复合纳滤膜...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１聚多巴胺在不同ｐＨ下的带电情况（ａ）和对阴阳离子的选择透过性（ｂ）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｃｈａｒｇｅ?ｐｒｏｐｅｒｔｙ?（ａ）?ａｎｄ?ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ?ｐｅｎｎｅａｂｉｌｉｔｙ?（ｂ）?ｏｆ?ＰＤＡ?ｉｎ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｐＨ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??１．３多巴胺在膜领域中的应用??
聚电解质阴离子ＰＤＡ所带电荷不同，两者之间存在的静电作用力成功将其牢牢束缚在??一起，从而可在基膜表面上进行沉积组装。ＨＴＣＣ与ＰＤＡ依靠静电力在ＰＥＳ基膜表面??的结合原理如图２．１所示。??此外，多巴胺本身也具有能够强力附着在材料表面的能力，虽然其原因还有待进一??步研究，不过就目前所掌握资料来看，多巴胺表面存在着氨基以及邻苯二酚这两种官能??团，这种构造能够和有机－无机表面建立起共价和非共价的相互作用，在基体表面发生??交联反应，从而使聚多巴胺交联层能够强力附着在材料表层上［６２，６３］。除了静电作用力以??及黏附力以外，理论上ＨＴＣＣ与ＰＤＡ之间还可以通过官能团结合：聚多巴胺层中含有??丰富的邻苯二酚基团，在碱性环境下，这些基团易被氧化成醌式结构，从而与含有亚氨??基的ＨＴＣＣ发生迈克尔加成反应。??長。〃十＿於一??ＬＨ０?＾?－Ｉ＂?Ｌ?ｈ／?Ｊ?－Ｉ＂?Ｉ?＾ｈ３??Ｉ?－／ＣＨ３?ＣＨ２ＣＨＣＨ２Ｎ?－ＣＨ３ＣＩ－??ＣＨ＾ＨＣＨ２Ｎ－ＣＨ３Ｃｒ?二發??ＨＴＣＣ?Ｑ?ＨＴＣＣ／ＰＤＡ??图２．１依靠静电力ＨＴＣＣ与ＰＤＡ的结合原理??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＨＴＣＣ?ａｎｄ?ＰＤＡ?ｂｙ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ?ｆｏｒｃｅ??（２）环氧氯丙烷的交联原理??ＨＴＣＣ和ＰＤＡ在ＰＥＳ基膜表面形成的复合物层，若长时间在水中浸泡可能会由于??静电力不够强等原因导致其表面发生溶胀等情况
分别配置浓度为?０．２、０．４、０．６、０．８?和?１．０?ｇ／Ｌ?的?ＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣ１、Ｎａ２Ｓ０４、Ｋ２Ｓ０４、??ＭｇＳ０４六种无机盐溶液。平行测定三次每种无机盐在不同浓度下的电导率值，取其平均??值。逐一记录数据并分别绘制出各种无机盐的浓度与电导率关系的标准曲线，如图２．２??所示，可以看出，电导率与盐浓度的大小成正相关。经过线性拟合得到六种无机盐对应??的线性回归方程，其Ｒ２值均大于０．９９，如表２．３所示，为后续工作做准备。??２．４１?????？?＋．ＭｇＣｌ２?，??２?１?－?，??二！?ＮａＣ！?席??笠１．８」ｈｉ?，ｙ?：夕??Ｊ?＾?Ｎａ，Ｓ０４?Ｚ?费夕’??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）??图２．２无机盐浓度－电导率曲线??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｆｉｔｔｉｎｇ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｉｎｏｒｇａｎｉｃ?ｓａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳滤膜去除饮用水中多种重金属的研究[J]. 陈丽珠,盛德洋,申露威,钟惠舟. 给水排水. 2016(11)
[2]有机大分子对聚酰胺复合纳滤膜偏硅酸钠污染的影响[J]. 张晓婷,王磊,杨若松,王佳璇. 中国环境科学. 2016(02)
[3]水环境中药品和个人护理品的迁移转化转化、毒性效应及其风险评估[J]. 刘晓晖,董文平,乔光明,王玉番,王炜亮. 科技导报. 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对PVDF中空纤维膜进行表面功能化的研究[J]. 杨林明,李方,杜春慧,黄礼超,朱运锋,杨波. 膜科学与技术. 2014(03)
[6]膜法生产饮用水过程中纳滤膜生物污染的研究[J]. 郑甜甜,黄丹,班允赫,刘蕊,张阳. 水处理技术. 2013(10)
[7]反渗透与纳滤系统的运行及污染对比分析[J]. 李肖清,靖大为,严丹燕,杨宇星,李菁杨. 水处理技术. 2012(04)
[8]多巴胺的自聚-附着行为与膜表面功能化[J]. 徐又一,蒋金泓,朱利平,朱宝库. 膜科学与技术. 2011(03)
[9]纳滤膜去除水中微量类固醇类雌激素[J]. 程爱华,王磊,王旭东,张虹,张莉,张睿,王志盈. 膜科学与技术. 2008(05)
[10]三氯生在水环境中的存在行为及迁移转化规律研究进展[J]. 周世兵,周雪飞,张亚雷,石璐. 环境污染与防治. 2008(10)
硕士论文
[1]微量PPCPs的SPE-HPLC检测方法及其在HTCC/PES膜上的分离影响研究[D]. 朱立君.南京理工大学 2015
[2]PDA与SiO2纳米通道的制备及其在手性分离中的应用[D]. 马腾飞.上海师范大学 2015
[3]季铵化壳聚糖/聚醚砜荷正电复合膜的制备及其性能研究[D]. 刘郑丽.南京理工大学 2014
[4]聚多巴胺复合膜的制备及其性能研究[D]. 蒋钰烨.中国海洋大学 2013
[5]基于氧化石墨烯—纳米银复合材料的抑菌陶瓷膜制备及性能研究[D]. 邓尧.华南理工大学 2013
[6]壳聚糖膜的制备及渗透蒸发分离乙醇/水体系的研究[D]. 陈雪.天津大学 2008
本文编号：3113686
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１聚多巴胺在不同ｐＨ下的带电情况（ａ）和对阴阳离子的选择透过性（ｂ）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｃｈａｒｇｅ?ｐｒｏｐｅｒｔｙ?（ａ）?ａｎｄ?ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ?ｐｅｎｎｅａｂｉｌｉｔｙ?（ｂ）?ｏｆ?ＰＤＡ?ｉｎ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｐＨ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??１．３多巴胺在膜领域中的应用??
聚电解质阴离子ＰＤＡ所带电荷不同，两者之间存在的静电作用力成功将其牢牢束缚在??一起，从而可在基膜表面上进行沉积组装。ＨＴＣＣ与ＰＤＡ依靠静电力在ＰＥＳ基膜表面??的结合原理如图２．１所示。??此外，多巴胺本身也具有能够强力附着在材料表面的能力，虽然其原因还有待进一??步研究，不过就目前所掌握资料来看，多巴胺表面存在着氨基以及邻苯二酚这两种官能??团，这种构造能够和有机－无机表面建立起共价和非共价的相互作用，在基体表面发生??交联反应，从而使聚多巴胺交联层能够强力附着在材料表层上［６２，６３］。除了静电作用力以??及黏附力以外，理论上ＨＴＣＣ与ＰＤＡ之间还可以通过官能团结合：聚多巴胺层中含有??丰富的邻苯二酚基团，在碱性环境下，这些基团易被氧化成醌式结构，从而与含有亚氨??基的ＨＴＣＣ发生迈克尔加成反应。??長。〃十＿於一??ＬＨ０?＾?－Ｉ＂?Ｌ?ｈ／?Ｊ?－Ｉ＂?Ｉ?＾ｈ３??Ｉ?－／ＣＨ３?ＣＨ２ＣＨＣＨ２Ｎ?－ＣＨ３ＣＩ－??ＣＨ＾ＨＣＨ２Ｎ－ＣＨ３Ｃｒ?二發??ＨＴＣＣ?Ｑ?ＨＴＣＣ／ＰＤＡ??图２．１依靠静电力ＨＴＣＣ与ＰＤＡ的结合原理??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＨＴＣＣ?ａｎｄ?ＰＤＡ?ｂｙ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ?ｆｏｒｃｅ??（２）环氧氯丙烷的交联原理??ＨＴＣＣ和ＰＤＡ在ＰＥＳ基膜表面形成的复合物层，若长时间在水中浸泡可能会由于??静电力不够强等原因导致其表面发生溶胀等情况
分别配置浓度为?０．２、０．４、０．６、０．８?和?１．０?ｇ／Ｌ?的?ＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣ１、Ｎａ２Ｓ０４、Ｋ２Ｓ０４、??ＭｇＳ０４六种无机盐溶液。平行测定三次每种无机盐在不同浓度下的电导率值，取其平均??值。逐一记录数据并分别绘制出各种无机盐的浓度与电导率关系的标准曲线，如图２．２??所示，可以看出，电导率与盐浓度的大小成正相关。经过线性拟合得到六种无机盐对应??的线性回归方程，其Ｒ２值均大于０．９９，如表２．３所示，为后续工作做准备。??２．４１?????？?＋．ＭｇＣｌ２?，??２?１?－?，??二！?ＮａＣ！?席??笠１．８」ｈｉ?，ｙ?：夕??Ｊ?＾?Ｎａ，Ｓ０４?Ｚ?费夕’??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）??图２．２无机盐浓度－电导率曲线??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｆｉｔｔｉｎｇ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｉｎｏｒｇａｎｉｃ?ｓａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳滤膜去除饮用水中多种重金属的研究[J]. 陈丽珠,盛德洋,申露威,钟惠舟. 给水排水. 2016(11)
[2]有机大分子对聚酰胺复合纳滤膜偏硅酸钠污染的影响[J]. 张晓婷,王磊,杨若松,王佳璇. 中国环境科学. 2016(02)
[3]水环境中药品和个人护理品的迁移转化转化、毒性效应及其风险评估[J]. 刘晓晖,董文平,乔光明,王玉番,王炜亮. 科技导报. 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对PVDF中空纤维膜进行表面功能化的研究[J]. 杨林明,李方,杜春慧,黄礼超,朱运锋,杨波. 膜科学与技术. 2014(03)
[6]膜法生产饮用水过程中纳滤膜生物污染的研究[J]. 郑甜甜,黄丹,班允赫,刘蕊,张阳. 水处理技术. 2013(10)
[7]反渗透与纳滤系统的运行及污染对比分析[J]. 李肖清,靖大为,严丹燕,杨宇星,李菁杨. 水处理技术. 2012(04)
[8]多巴胺的自聚-附着行为与膜表面功能化[J]. 徐又一,蒋金泓,朱利平,朱宝库. 膜科学与技术. 2011(03)
[9]纳滤膜去除水中微量类固醇类雌激素[J]. 程爱华,王磊,王旭东,张虹,张莉,张睿,王志盈. 膜科学与技术. 2008(05)
[10]三氯生在水环境中的存在行为及迁移转化规律研究进展[J]. 周世兵,周雪飞,张亚雷,石璐. 环境污染与防治. 2008(10)
硕士论文
[1]微量PPCPs的SPE-HPLC检测方法及其在HTCC/PES膜上的分离影响研究[D]. 朱立君.南京理工大学 2015
[2]PDA与SiO2纳米通道的制备及其在手性分离中的应用[D]. 马腾飞.上海师范大学 2015
[3]季铵化壳聚糖/聚醚砜荷正电复合膜的制备及其性能研究[D]. 刘郑丽.南京理工大学 2014
[4]聚多巴胺复合膜的制备及其性能研究[D]. 蒋钰烨.中国海洋大学 2013
[5]基于氧化石墨烯—纳米银复合材料的抑菌陶瓷膜制备及性能研究[D]. 邓尧.华南理工大学 2013
[6]壳聚糖膜的制备及渗透蒸发分离乙醇/水体系的研究[D]. 陈雪.天津大学 2008
本文编号：3113686
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