生物纳米银抗污染复合纳滤膜的制备与表征

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纳滤膜分离技术由于操作压力低、对二价盐的高截留率、高通量等优点在饮用水深度处理及污水处理等领域得到了越来越多的应用。然而在实际操作中,膜污染,尤其是膜生物污染一直是阻碍纳滤膜应用的一个主要障碍。生物污染开始于细菌在膜表面的粘附。一旦细菌附着到膜表面,细菌就会开始生长成难以去除的生物膜,生物膜的产生会给膜结构带来不可恢复的损害,导致膜的过滤性能降低。而控制膜生物污染的最直接有效的方法就是对膜材料本身进行抗污染的改性。近年来,许多纳米材料被广泛地用于抗污染膜材料的制备。纳米银由于其优越的抗菌性,已经成为制备抗污染膜的一种有效的纳米添加剂。生物法合成纳米银作为一种环境友好的方法得到了越来越多的关注。本研究组在之前的工作中,采用一种发酵乳酸菌为还原剂和保护剂,制备获得了一种新型的粒径约为6 nm左右的生物纳米银(Bio-Ag0-6),相比化学法制备的纳米银(Chem-Ag0),具有更好的电解质和离心稳定性。本研究将Bio-Ag0-6引入到了超薄复合纳滤膜(NF)中,取得了如下结果:  将不同含量的生物纳米银(Bio-Ag0-6)作为抗菌剂添加在界面聚合反应的水相溶液中,制备获得了Bio-Ag0-6/TFC复合膜。SEM和EDS结果显示纳米银成功地被引入了纳滤膜材料中。Bio-Ag0-6的添加提高了复合纳滤膜的亲水性、降低了膜的粗糙度。且较低剂量的Bio-Ag0-6的添加时,在不影响对Na2SO4的截留率时,提高了纳滤膜的水通量。随着Bio-Ag0-6含量的增加,复合膜的抗菌能力也逐渐增强。银离子释放实验表明Bio-Ag0-6/TFC膜的滤出液中银离子浓度都处于在一个对人体无健康危害的安全范围,且银释放对复合膜的过滤性能没有明显影响。  为了改善纳米银在纳滤膜表面的均匀性与持久性,实验通过半胱氨酸的巯基将Bio-Ag0-6接枝到纳滤膜的表面,并且将常用的化学纳米银也接枝到纳滤膜表面作为对比。生物纳米银接枝膜(TFC-S-BioAg)和化学纳米银接枝膜(TFC-S-ChemAg)膜都在不明显影响盐的截留率的情况下,提高了纳滤膜的通量。这两种银接枝膜都对铜绿假单胞杆菌(PA)和大肠杆菌(E.coli)表现出来明显的抗菌性,但TFC-S-BioAg膜的抗菌效果比TFC-S-ChemAg膜的更好。纳米银的动态过滤实验中,滤出液中的生物纳米银和化学纳米银浓度都处于安全的范围,不会对人体健康造成威胁。静态浸泡实验表明复合膜上的生物纳米银更稳定,抗菌效果更持久。四个月的长期浸泡实验也证明了银的释放对膜的过滤性能无明显影响。这些实验结果表明Bio-Ag0-6可以作为有效的杀菌剂用于纳滤膜污染控制。
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