聚酰胺膜的生物污染抑制策略及作用机理

发布时间：2020-05-12 08:06

【摘要】：膜技术是水污染控制领域的一个重要分支。高效、经济、快速的优点使得其越来越广泛地应用于海水脱盐、污水再生、食品加工等领域。膜污染始终是限制其发展的最大障碍,开发缓解膜污染的技术方法对膜技术的长足发展十分重要。本研究选用在医疗抗菌领域广泛使用的抗菌多肽Nisin和新型光热材料Pd@Ag作为研究对象,探究它们在不同条件下抗膜污染的表现并分析其抑制机理。本文采用直接毅加法,研究抗菌多肽对膜污染的控制作用。静态抗菌黏附实验表明在4 h作用时间内Nisin使得黏附于膜表面的细菌明显减少,当Nisin与细菌反应时间越长抗黏附效果越明显。两种细菌的细胞壁结构不同导致在同样的浓度配置下呈现出了不同的规律。枯草芽孢杆菌在Nisin浓度逐渐升高的条件下黏附于膜表面的数量增多;对铜绿假单胞菌来说,随着Nisin浓度的添加,膜表面细菌的黏附率出现了先下降后上升的趋势。当Nisin浓度为100μg·mL-1时,两种细菌都被完全抑制,膜表面基本上没有细菌黏附。经过分析发现,两种菌胞外聚合物中的胞外多糖和胞外DNA(eDNA)含量变化与分别与膜表面两种细菌的数量呈现一致的规律,可以说明胞外多糖和胞外DNA的减少是细菌黏附性能下降和生物膜形成被抑制的主要原因。本文尚未发现蛋白质与Nisin之间的关系,与蛋白质之间的关系仍需进一步研究。当添加了 Nisin后,废水过滤时膜渗透量的下降减缓,总细菌数与活细菌数都出现了下降的趋势,说明Nisin投加造成的膜表面细菌黏附的减少和细菌的死亡直接导致膜渗透通量的下降减缓,从而引起膜生物污染的缓解。利用多巴胺将制备好的光热材料Pd@Ag成功修饰到聚酰胺纳滤膜表面,使得改性膜拥有抗菌抗膜生物污染的效果。AIR-FTIR分析、SEM表征的结果显示Pd@Ag成功修饰到膜表面,并通过AFM表征、接触角测定、水通量测试确定了改性膜的性质。经过NIR光照射一段时间后,具有光热效应的Pd@Ag和PdNSs膜表面温度均升高,但是处于更优NIR波段的Pd@Ag升温更快更高,这表明Pd@Ag在本文选取的NIR光波段(808 nm)内,能更好的吸收光子,将光能转换为热能,从而具有更好的抗菌性。由于Pd@Ag光热效应和Ag+抗菌性的双重作用,经过24 h黏附后,改性膜表面的细菌黏附率降低,这说明制备的改性膜Pd@Ag-PDA/NF270膜表现出了良好的静态抗菌抗黏附性能。过滤含有菌液的人工废水并测定膜的渗透通量发现,在照射NIR光时,膜渗透通量的下降减缓更加明显,膜表面的细菌数量减少从而引起膜污染的减缓。而之后的反冲洗测试表明,改性膜仅通过物理清洗更易清洁,清洁后渗透通量的恢复更好,使用寿命更长。本文制备的改性膜Pd@Ag-PDA/NF270膜具有优良的抗菌抗黏附性能,能有效的控制膜生物污染。
【图文】：

静态,聚醚砜,抗细菌,黏附性

３７５逦１１２５７５０逦７５０１５００逦０两种膜作为膜污染研宄的材料。聚醚砜超滤膜ＰＥＳ公司，聚酰胺纳滤膜ＮＦ９０购于Ｓｔｅｒｌｉｔｅｄｉ。ＮＦ９０膜的聚醚砜支撑层组成。ＰＥＳ膜用于静态黏附实验，Ｎ膜在使用前都被裁剪成相应大小，，通过超声清洗３０邋保存于４°Ｃ的冰箱中待用。逡逑静态黏附实验逡逑面抗细菌黏附性能测定逡逑

错流过滤

．的渗透通量。选择未加入Ｎｉｓｉｎ的接种上两种细菌的无菌废水作为对照透量的计算公式如下：逡逑Ｖ逡逑Ｊ邋＝邋逦邋（２－２）逡逑＾邋ｘ邋Ａｔ邋ｘ邋Ａ／５逡逑Ｊ——渗透量（Ｌ－ｍＨ－１）；逡逑Ｖ——滤液体积（Ｌ）；逡逑Ａ逦膜有效面积（ｍ２）；逡逑Ａｔ——渗透时间（ｈ）；逡逑ＡＰ——跨膜压（ｂａｒ）逡逑相关参数：膜有限面积为４３．２４邋ｃｍ２；流速为０．０１５邋ｃｍｉ１。逡逑无菌废水配方：８．０邋ｍＭ邋ＮａＣｌ，０．１５邋ｍＭ邋ＭｇＳ0４，０．５邋ｍＭ邋ＮａＨＣ0３，邋０．ＣａＣｌ２，０．２ｍＭＫＨ２ＰＯ４，邋０．４ｍＭＮＨ４Ｃｌ邋及邋０．６ｍＭＮａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７逡逑逦逦逦
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

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