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无机/有机复合膜不但有望集中有机膜和无机膜各自的优点,弥补缺陷,而且可以发展单一膜材原先没有的综合性能。层层交替组装(LbL)技术可以方便的实现分子尺寸范围内的结构控制,已成为构筑超薄多层膜的一种重要方法。
本文利用LbL技术在微孔基膜上组装了银/聚电解质复合纳滤膜,将之用作复合纳滤膜的超薄脱盐层,制得具有优异抗菌性能的无机/有机复合纳滤膜;并解决了纳滤膜应用过程中膜污染问题,为实现纳滤膜功能的提高和拓展提供新的思路。系统研究了银/聚电解质复合纳滤膜的形成过程,探索了银/聚电解质复合多层膜的生长组装规律和结构性质特征,并在此基础上研究了组装条件对银/聚电解质复合多层膜结构和性能的影响,以及银/聚电解质复合多层纳滤膜的截留性、抗菌性等性能特点。
首先,研究了银/聚电解质复合纳滤膜的制备及其成膜机理。(1)以四种不同的方法制备了银/聚电解质复合纳滤膜,其中以PAH-AgCl络合物为聚阳离子组装得到的复合膜,表面致密平整,银粒子在膜中分布均匀,粒径100~200nm,只存在少量的团聚现象。(2)研究表明,其可能的成膜机理为:AgNO3与PAH先形成PAH-AgCl络合物,PAH通过链段上没有参与络合的点位固定在带相反电荷的PAS基底上,同时将AgCl在膜层上固定下来:最后复合膜中PAH-Agcl在NaBH4的作用下还原为PAH-Ag,Ag粒子被还原后位置固定下来,PAH分子则在NaBH4的作用下再次进行形态调整,形成平整的膜表面。
其次,研究了银/聚电解质复合纳滤膜的结构与性能。(1)银/聚电解质复合纳滤膜具有良好的离子截留性能,如[PSS/PDADMAC]3[PAS/PAH-Ag]3PSS体系对Na2SO4的截留率达到93%;(2)银/聚电解质复合纳滤膜的性能与其聚电解质初生层密切相关;(3)复合膜中对离子起截留作用的主要是其表面层(最外层);(4)不同体系复合纳滤膜的性能不同,随层数的增加,同一体系的膜截留率增加,而通量降低;(5)银/聚电解质复合纳滤膜能够经受盐溶液长时间的冲击,稳定性良好,且具有良好的耐热性,在150℃高温下受热6h,仍能保持稳定的截留率和通量。
最后,研究了所制得的银/聚电解质复合纳滤膜的抗菌性能。(1)当含银膜层数为3时,复合膜在纯净水、自来水和地表水中的抗菌率均可达到99.5%,抗菌性能良好;(2)复合膜抗菌性能稳定性研究表明,在15天之内,抗菌率保持没有明显的变化;(3)在含银膜上继续组装聚电解质层,对复合膜的抗菌性能没有影响,为银/聚电解质复合纳滤膜的表面修饰创造了条件,如在含银膜上组装PSS层或PAS层后,银粒子更加稳定,膜的亲水性也得到改善,增加了膜的耐污染性。