抑菌性抗污染聚醚砜超滤膜的研制及其成膜机理研究

通过采用聚醚砜（PES）与含辣素活性结构的聚丙烯酰胺共混配制铸膜液，制备具有抑菌性和亲水性好的海水淡化预处理用抗污染PES 超滤膜，并对其性能、成膜机理和抗污染机理进行研究。采用FT-IR、XPS、AFM、SEM、X-射线衍射、接触角测定等方法，表征所制备的抗污染膜的表面结构、形态及其膜结构和性能的稳定性和持久性；采用膜性能测试装置、纤维拉力仪和膜破裂压力测试装置对所制备的抗污染膜的分离性能、渗透性能、耐污染性能和机械性能进行表征；通过对常见微生物的抑菌性实验评价其抑菌性能，并通过研究参与共混的含辣素活性结构的聚丙烯酰胺的种类和含量及反应条件等，探索具有抑菌性抗污染超滤膜的抗污染机理。本项目旨在提供一种海水预处理用既抗生物污染又提高亲水性的超滤膜制备新工艺，并阐明其成膜和抑菌抗污机理。项目的实施，对抑菌性抗污染膜的制备和工业应用具有较大的理论意义和实际应用价值。

以聚醚砜为基础材料，通过浸没沉淀相转化法制备超滤膜，通过工艺优化确定了最佳制膜工艺，在此基础上，以18%PES为膜材料，DMAC为溶剂，LiCl和PEG400为复配添加剂制备超滤膜，并选择具有抗菌活性的新型辣素衍生物单体MBHBA对超滤膜共混改性，改性后膜的纯水通量由120.6L/m2/h增加到139.2L/m2/h，对1g/L牛血清蛋白（BSA）溶液截留率略有下降，抗菌实验结果表明改性后PES超滤膜对大肠杆菌的抑菌率达到70%以上。为进一步增加超滤膜的抗菌性，选择亲水性单体丙烯酸、丙烯酰胺与辣素衍生物N-(4-羟基-3-甲氧基-苄基)单体共聚制备辣素聚合物，并与PES共混制备超滤膜。共混改性后的超滤膜亲水性有很大提高，当辣素聚合物含量为3%时，接触角由未改性膜的74°降低到60°以下，但因为致密膜孔结构的影响，此时水通量有很大降低。 当辣素聚合物含量在1%左右时改性膜具有良好的亲水性能、透过截留性能和对大肠杆菌较高的抑菌率（85%）。在平板膜制备技术基础上，制备辣素共聚物/PES共混改性中空纤维超滤膜。共混改性之后中空纤维超滤膜表面含有亲水基团，膜表面的接触角显著降低；当共聚物在铸膜液中含量为1%时，膜的纯水通量能达到193.73 L∙m-2∙h-1,膜对BSA的截留率为95%，相对基膜分别提高90.5%和5.5%，通过去离子水清洗之后膜的通量恢复率能达到90.82%；抗菌性随着共聚物含量的增加而增强，当共聚物的含量为3%时，超滤膜的抗菌率达到90%。长期的耐污染测试发现改性膜对微生物具有很好的抵抗能力。.为了使超滤膜具有更好的抗菌性和耐污染性，对PES进行接枝改性，再通过共混制备抑菌超滤膜。经过自由基引发溶液聚合制备的改性PES超滤膜水透过性、截留率和表面粗糙度等都得到很好的改善，尤其是改性膜的抗菌性和耐污染性有明显提高，当总单体含量为4.08%时，抗菌率达90%以上，通量恢复率从基膜的74.07%增加到改性后超滤膜的87.47%。经过紫外引发溶液聚合制备的改性PES制备的超滤膜水渗透性、截留率和表面粗糙度等同样得到很好的改善，特别对于超滤膜的抗菌性，在HMBA接枝率达0.2时，抑菌率可达100%，并且被牛血清蛋白污染后的超滤膜经过简单清洗后通量可以完全恢复；光敏剂二苯甲酮（BP）的存在下，在MBHBA接枝率达0.15时，抑菌率亦可达100%，当AA和MBHBA