三醋酸纤维素反渗透膜的制备及其抗菌改性研究

摘要

反渗透技术因其能耗低，脱盐率高，产水率高等优点，被广泛应用于海水淡化、苦咸水淡化、污水处理等领域。醋酸纤维素(CA)作为首批被用于制造反渗透膜的高分子材料，因具有脱盐率高、无毒、耐氯性强等优点，在反渗透膜市场领域占有重要地位。然而醋酸纤维素分子是以β-脱水葡萄糖单元为骨架并通过C-O-C链接而成的多聚体线性结构，易被复杂水体中的微生物侵蚀和降解，不仅使膜产品的使用寿命缩短，而且膜材料也会因主体结构的破坏而失去本征属性。因此，研究和开发具有抗菌功能的醋酸纤维素反渗透膜具有重要的理论意义和实用价值。
　　本论文采取不同的技术方法对三醋酸纤维素反渗透膜进行抗菌功能化改性研究。首先通过工艺调控获得最佳制膜工艺参数。然后，利用物理共混法和层层自组装技术分别对三醋酸纤维素反渗透膜进行抗菌改性。使用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对膜产品的元素组成、化学结构和形貌结构进行表征分析;水接触角测试仪(WCA)、热重分析仪(TG)和万能拉伸仪等对膜材料的物理性能进行分析;膜性能测试（通量-截留）测试表明在壳聚糖添加量不超过1.00wt％时，共混膜能保持较高截留率，同时抗菌性测试表明此时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到72.5％和51％，而层层自组装技术由于抗菌组份结合力较弱而不具有抗菌活性。
　　本研究进一步通过控制定量水解和醚化反应在三醋酸纤维素反渗透膜表面接枝引入季铵盐抗菌基团。采用不同的表征手段对改性膜产品的化学结构、组成成分和膜性能进行分析，结果表明:相比于物理法，通过化学接枝获得的三醋酸纤维素反渗透膜在保持更高抗菌活性的同时，膜产品的截留和通量仍然保持在较高的水平，膜材料的综合性能几乎不受影响。从而为三醋酸纤维素反渗透膜的功能化改性提供了理论依据和技术手段。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 膜分离技术简介

1．1．1 膜分离技术的发展历程

1．1．2 膜技术分类及特点

1．2 反渗透膜分离技术

1．2．1 反渗透膜的发展概况

1．2．2 反渗透膜材料

1．3 醋酸纤维素膜的改性研究概述

1．3．1 醋酸纤维素膜分离性能的改进研究

1．3．2 醋酸纤维素膜抗菌功能的改性研究

1．4 课题的研究意义与研究内容

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料及仪器

2．2．2 醋酸纤维素反渗透膜的制备

2．2．3 醋酸纤维素反渗透膜性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 聚合物(CTA)浓度的影响

2．3．2 溶剂比的影响

2．3．3 添加剂含量的影响

2．3．4 挥发时间的影响

2．3．5 冷凝时间的影响

2．3．6 热处理温度的影响

2．4 本章小结

第三章 三醋酸纤维素/壳聚糖共混反渗透膜的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料和设备

3．2．2 CTA/CS-RO的制备

3．3 测试与表征

3．3．1 红外表征

3．3．2 XPS表征

3．3．3 SEM表征

3．3．4 水接触角测试

3．3．5 XRD表征

3．3．6 拉伸强度测试

3．3．7 膜分离性能测试

3．3．8 抗菌性能测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 CTA/CS-RO的红外谱图分析

3．4．2 XPS谱图分析

3．4．3 CTA/CS-RO的形貌分析

3．4．4 亲水性分析

3．4．5 CTA/CS-RO晶体结构分析

3．4．6 膜的机械强度分析

3．4．7 CTA/CS-RO分离性能评价

3．4．8 CTA/CS-RO的抗菌性能评价

3．5 本章小结

第四章 CTA-RO膜的层层自组装修饰及其性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料和设备

4．2．2 CTA-RO膜的制备

4．2．3 CTA-RO层层自组装修饰

4．3 测试与表征

4．3．1 GO膜的XRD表征

4．3．2 自组装膜(LBL)的表征

4．4 结果与讨论

4．4．1 GO结晶性能分析

4．4．2 膜结构与性能分析

4．5 本章小结

第五章 CTA-RO膜的共价接枝改性及性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验材料与设备

5．2．2 CTA-RO膜的改性

5．3 测试与表征

5．3．1 红外表征

5．3．2 EDS表征

5．3．3 SEM表征

5．3．4 XRD表征

5．3．5 水接触角测试

5．3．6 拉伸强度测试

5．3．7 膜分离性能测试

5．3．8 抗菌性能测试

5．4 结果与讨论

5．4．1 红外(FTIR)谱图分析

5．4．2 EDS元素分析

5．4．3 形貌结构分析

5．5．4 晶体结构分析

5．4．5 膜亲水性评价

5．4．6 力学性能分析

5．4．7 膜分离性能评价

5．4．8 膜抗菌性能评价

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢