无机/有机杂化抗菌膜的制备与表征

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在膜分离过程中大部分膜材料易与料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子发生吸附作用而造成膜污染,其中亦包括细菌在膜面上的吸附、生长和繁殖,从而造成膜孔堵塞形成微生物污染。现有市面上大部分采用膜过滤技术的家用净水产品易受到微生物的污染,造成产水量的下降,产生二次污染问题,严重危害到饮用水安全。解决细菌对膜的污染的一个重要途径就是使其具备抗菌性能。   论文通过向膜材料中引入纳米银系抗菌组分制备了无机/有机杂化抗菌膜。采用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和能量色散X射线光谱(EDX)等手段对其结构与性能进行系列表征,并通过抑菌圈法、震荡烧瓶法和动态模拟实验等抗菌评价方法,从定性、定量和动态模拟三方面研究了杂化抗菌膜的抗菌性能。论文初步探讨了以纳米银和负载纳米银的13X分子筛作为抗菌组分,制备载有无机纳米银的聚醚砜多孔杂化抗菌分离膜的可行性;并着重考察了杂化抗菌膜抗菌能效。   通过离子交换和化学还原的方法将载入13X分子筛的银离子还原成纳米银,制备了载有纳米银微粒的13X分子筛。以其为抗菌添加组分,聚醚砜为基质聚合物,通过干-湿相分离制膜工艺制备了载纳米银/13X分子筛-聚醚砜无机/有机杂化抗菌膜。结果表明,银以单质银结晶态负载于13X分子筛内,且纳米银摩尔含量达5.83At.%;而载有纳米银的13X分子筛均匀分布在分离膜基体中,膜玻璃板侧膜表面出现开孔结构。载纳米银/13X分子筛-聚醚砜无机/有机杂化抗菌膜在大肠杆菌和金黄葡萄球菌的培养基上有明显的抑菌圈,对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的平均抗菌率达97%。动态模拟了在过滤和接触大肠杆菌情况下该杂化抗菌膜的抗菌能效,结果显示载纳米银/13X分子筛-聚醚砜无机/有机杂化抗菌膜具备高效稳定的抗菌性能。   以N,N-二甲基甲酰胺兼为溶剂和还原剂,在铸膜液体系内将银离子原位还原为纳米银作为抗菌功能体,通过偶联剂的分散与偶联作用将其牢固负载在聚合物多孔基质材料中,通过干-湿相分离制膜工艺制备载纳米银-聚醚砜无机/有机杂化抗菌分离膜。结果表明,银以结晶态均匀分散于膜多孔基体中,杂化抗菌膜玻璃板侧膜表面纳米银的含量较高;抗菌膜在大肠杆菌和金黄葡萄球菌的培养基上有明显的抑菌圈,且对两种细菌的平均抗菌率为97%,抗菌性能良好。   本工作较好的解决了纳米银粒子在有机膜内均匀分散和载银离子分子筛在实际应用过程中银离子的流失问题,为具备抗菌性能分离膜的制备进行了有益的探索。  
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