共混改性制备抗菌性耐污染聚醚砜超滤膜的研究

【摘要】目前，各行业对超滤膜的要求越来越高，解决膜的抗菌耐污染性能的问题迫在眉睫。为了赋予聚醚砜（PES）超滤膜抗菌性及亲水性，已通过表面改性及共混改性等方法对超滤平板膜进行改性，并已获得很大的进展。本文为了保持PES超滤膜本体的性能，采用共混改性的方法将抗菌聚合物与PES混合均匀，通过相转化法制备PES平板膜及干-湿纺丝法制备PES中空纤维超滤膜。采用傅立叶红外光谱仪（FTR-IR）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、万能拉力机、膜评价仪对膜的官能团、形貌结构、表面粗糙度、抗机械性能、过滤性能等进行测试表征。首先，基于含辣素活性衍生结构的丙烯酰胺为乙烯基单体，具有可聚合性。本文通过热引发溶液聚合和光引发溶液聚合两种方法制备抗菌性聚合物，合成配方主要为含辣素活性衍生结构的丙烯酰胺单体N-（4-羟基-3-甲基苄基）-丙烯酰胺（简称HMOBA）、丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）。结果表明：两种方法都可以成功合成具有抗菌性的聚合物，在相同的聚合反应配方下，HOAM1（热引发溶液聚合4h）的抗菌率为80.84%，HOAM2（紫外辐射1h）的抗菌率为85.05%，光引发溶液聚合制备抗菌聚合物具有更强抗菌性能，且合成反应时间更短;对比HOAM2、HOAM3及HOAM4三种聚合物对大肠杆菌的抗菌性可以发现，随着紫外辐射反应的时间越长，同量的聚合物具有更强的抗菌性，HOAM3（紫外辐射1.5h）的抗菌率达到95.37%。其次，研究了HOAM4（紫外辐射2.0h）的含量对PES平板超滤膜的性能影响。研究表明：添加剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）对PES具有很好的致孔作用，HOAM4并不能作为致孔剂而增加超滤膜的通量；HOAM4的加入使超滤膜的亲水性得到进一步改善，水静态接触角在HOAM4的含量为3%时为57.56°，相对未改性的膜降低了14.35%；HOAM4的含量增加，超滤膜的表面粗糙度降低，当HOAM4的含量为3%时，其平均粗糙度相对于为未改性膜降低了75.9%；膜的抗菌性能也随着HOAM4的增加而增大，通过平板计数法可知当HOAM4的含量为3%，膜对大肠杆菌的抗菌率可达到90%；但是结合过滤性能及经济性在HOAM4的含量为1%-2%较好。最后，研究了内凝胶浴的温度及组成、抗菌聚合物HOAM4的含量对PES中空纤维超滤膜的结构及性能的影响。实验表明：内凝胶浴的温度及组成的改变对纤维膜的结构和性能都会产生比较大的影响，内凝胶浴温度的升高，膜内表面变得越致密，皮层变厚，膜的截留率升高;膜内部指状孔向大孔生长，甚至形成大窟窿；内凝胶中溶剂DMAc的含量越大,膜内表面的孔隙尺寸越大，皮层越薄，截留率下降；HOAM4的含量越高，膜内分布的亲水性官能团及辣素基团越多，则膜的抗菌耐污染性越强，聚合物分子与膜交缠度越大，抗机械强度及断裂伸长率越高。
【作者】黄星；
【导师】高从堦；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋化学，2014，硕士
【关键词】聚醚砜；超滤膜；抗菌性；亲水性；辣素衍生物；

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