关键词： 反渗透膜   己六醇   接枝改性   水通量   抗污染  

摘要： 芳香族聚酰胺反渗透膜已广泛应用于海水及苦咸水淡化、废水处理及回用等领域,然而膜污染一直是制约反渗透系统经济性、稳定性和可靠性的关键问题之一。利用界面聚合后聚酰胺表面残留的酰氯基团,以己六醇为抗污染功能单体,对聚酰胺膜进行表面接枝改性,制备抗污染的高通量反渗透膜。实验结果表明,改性后的反渗透膜具有更小的接触角、更大的粗糙度、更大的水通量及更强的抗污染性。在保持脱盐率不变的前提下,改性膜(M-2)的水通量较未改性膜提高46.6%[达到61.0 L/(m^(2)·h)]。采用牛血清蛋白进行膜表面污染实验,改性膜(M-2)的水通量下降率(17.4%)低于未改性膜(20.0%),采用纯水清洗后,改性膜(M-2)的通量恢复率(87.3%)高于未改性膜(84.1%)。结果显示,己六醇表面接枝改性反渗透膜能显著提高膜的水通量和抗污染性能。

关键词： Angew   抗污染性   动态短氢键网络   仿生膜  

摘要： 纺织工业是废水污染的重要来源,其废水中含有染料和无机盐等污染物,对生态环境造成严重威胁。因此,高效的废水处理技术至关重要。目前,纳滤(NF)与反渗透(RO)技术的联合在废水处理中广泛应用,但多级工艺增加了系统复杂性和能耗。开发一种能在单一单元内同时去除染料和无机盐的新型集成膜技术,对于提高处理效率和可持续性具有重要意义。

关键词： 两性离子聚合物   抗污染   水处理  

摘要： 两性离子聚合物以其独特的亲水性在增强膜的防污和选择性分离能力上展现出展现了巨大的应用潜力,从而受到广泛关注。本文介绍了两性离子聚合物的基本特性并全面综述了其在提升分离膜防污和选择性分离性能方面的应用。

关键词： 超滤膜   纳米颗粒   表面涂覆   抗污染   牛血清蛋白  

摘要： 膜污染是限制膜技术发展的主要问题。采用表面涂覆法,在超滤膜表面分别涂覆二硫化钼(MoS_(2))和氮化硼(BN)纳米颗粒,制备抗污染超滤膜,通过深入分析MoS_(2)/BN的电负性,形貌特征以及层间距等特性,阐明其在PES超滤膜表面的抗污机理;以牛血清蛋白(BSA)为典型有机物,对抗污染超滤膜PES-MoS_(2)/BN的渗透通量,污染恢复率以及污染率进行测定,发现MoS_(2)和BN纳米颗粒均能够提高膜的抗污染性能;相对于PES-BN,PES-MoS_(2)展现出了较优异的渗透通量和抗污染性能,这与其相对开阔的层间纳米通道、较大的电负性以及涂覆后膜的形貌有关;对于牛血清蛋白污染,最佳MoS_(2)涂覆量10 g/m2条件下,PES-MoS_(2)改性膜的污染恢复率由87.10%提升至96.77%,总污染率由24.26%下降至6.21%。结果表明,膜表面纳米层由于其物理屏障和静电排斥作用,可以有效地减少膜污染,提高膜的抗污染性能。

关键词： 磁性诱导   强制表面偏析   高通量   抗污染  

摘要： 低渗透通量和膜污染是制约纳滤膜发展的瓶颈.针对纳滤膜材料渗透性与选择性相互制约及分离过程中的膜污染等问题,在非溶剂诱导相转化制膜过程中,强制两性离子/POSS改性的磁性纳米颗粒在膜表面偏析,调节高分链间距、自由体积/通道尺寸等物理化学微环境,提高纳滤膜通量;在膜表面偏析的两性离子官能团可以提高纳滤膜抗污染性能.通过优化工艺条件,制备的纳滤膜水通量高达500 L/(m^(2)·h·Mpa),同时对甲基蓝、刚果红的截留率均在95%以上.

关键词： 9442铜合金   激光表面处理   超疏水性   防腐抗污性能  

摘要： 为改善船用9442铜合金在海洋环境中的防腐抗污性能,通过纳秒激光刻蚀的方法提升其表面的疏水性能。激光表面加工后,在材料表面形成了分层的微纳复合结构,从而获得了接触角大于150°的超疏水铜合金表面。考察采用各种激光功率处理后铜合金表面的电化学腐蚀性能,结果表明当激光功率达到100 W时,所制备的超疏水铜合金表面的腐蚀电流密度为7.323×10^(-7)A/cm^(2),相较于未处理的铜合金表面,缓蚀效率可达70.0%,表明所制得的超疏水铜合金表面具有良好的防腐蚀性能。根据船用9442铜合金的实际使用环境,进一步开展了近海抗污性能测试。结果表明,未处理的铜合金表面出现较为明显的脱成分腐蚀,而所制备的超疏水铜合金表面展现出良好的防污抗腐性能,具有良好的实际应用价值。

关键词： 聚四氟乙烯膜   表面改性   抗污染   实验教学   科学前沿  

摘要： 设计了一个制备疏油聚四氟乙烯(PTFE)膜,以提高其在油水分离中抗污染性能的本科生实验。首先,通过等离子体接处理调控PTFE膜疏油性能,分别表征膜材料表面对水的粘附力、膜表面油接触角,随后考察膜材料分离油水乳液性能,最后通过金相显微镜表征膜表面污染情况。本实验提供了一种新颖的膜改性及分离技术用于废水治理的思路。通过实验操作,学生可以深入了解疏油膜在环境治理中的重要应用,并了解其在化工领域中的潜在价值,使学生进一步了解环境治理前沿技术,激发学生想象力和创造力。

关键词： 中空纤维膜   膜污染   亲水改性   “刚性-柔性”双重协同抗污染  

摘要： 采用“表面沉积-接枝”的方法将苯乙烯-马来酸酐(SMA)、三聚氰胺(MEL)和葡萄糖(GLU)3种刚柔性不同的亲水链引入聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面.研究了接枝链刚性和柔性对抗牛血清蛋白(BSA)污染的性能及其影响规律.结果表明,接枝链的刚性和柔性对BSA在膜表面的黏附和膜表面污染层微观结构的影响比膜表面亲水性和荷电性的影响更显著.刚性MEL阻碍BSA在膜表面的黏附和聚集,柔性GLU可在增强膜亲水性的同时与MEL协同增强对BSA的排斥,延缓其在膜表面的聚集,从而进一步阻碍BSA在膜表面的堆积,使不可逆阻力占比降低到仅为2.47%,“刚性-柔性”双重协同抗污染功效显著提高了膜的抗污染性能.

关键词： 碳纳米材料   生物污染   化学污染   电化学传感器   生物小分子  

摘要： 电化学传感器由于其低成本、操作简便、高灵敏度、便携性和良好选择性等特性,已成为电分析领域的研究焦点。碳纳米管(CNT)和石墨烯等新型碳纳米材料因其高导电性、优良的电化学活性以及作为载体的能力而在电化学传感领域得到了广泛应用。然而,在面对复杂的人体生物样本时,电极所遭受到生物污染和化学污染成为主要挑战。这种污染严重影响了传感器的灵敏度、准确性和稳定性。本文主要以电化学传感中常用的CNT、氧化石墨烯(GO)和玻璃碳(GC)(包含纳米尺寸结构)等碳纳米材料为出发点,分别构建了几种具有抗污染性能的电化学传感器,实现了对多种电活性生物小分子,如β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、尿酸(UA)、多巴胺(DA)和抗坏血酸(AA)的高选择性和高灵敏度检测。具体内容如下: (1)通过将共价有机骨架(COF)TpPa-1和羧基化CNT复合材料修饰玻碳电极(GCE),制备了一种简单高效的抗污染电化学传感器,并将该传感器应用于NADH和UA的电化学传感。COF具有丰富的亲水性基团,有助于CNT在水中的分散,COF和CNT通过π-π相互作用形成了均匀的复合材料。采用电化学方法、水接触角测量、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对抗污染界面进行了表征。该电极对NADH和UA检测的线性范围分别为0.2μM～20 m M和0.2～200μM,检测限分别为0.2μM和0.05μM。此外,该电化学传感器能够在真实人血清样品中对NADH和UA进行电化学检测,具有优异的抗化学污染和生物污染性能。 (2)通过电化学氧化和电化学还原方法对GO上的氧官能团和缺陷进行调控,利用未处理的GO、结合牛血清白蛋白(BSA)的GO、电化学还原处理的GO和电化学氧化处理的GO制备了多种电极,研究了不同电极在UA电化学传感中的抗污染和电催化性能。首次在无酸、温和、绿色溶液中,通过电化学氧化在电极表面上形成了多孔GO,其在检测UA中表现出高灵敏度和优异的抗污染性能。采用拉曼光谱、XPS、水接触角测量、SEM、电化学阻抗谱(EIS)等方法对不同的电极界面进行表征。采用差分脉冲伏安法(DPV)详细评估了制备电极的灵敏度、稳定性、线性范围、检测限、抗化学污染和生物污染性能。 (3)分别采用电化学氧化和电化学氧化再还原,在GC表面原位产生了两种氧功能化石墨烯电极,并探索了其与电化学方法制备的多孔GO分别对UA、DA和AA同时电化学检测。详细研究了电极的电活性、选择性、抗化学污染和生物污染性能、背景电流、灵敏度、线性范围和检测限等分析性能。其中多孔GO电极对三种生物小分子的检测具有高选择性、电催化性能和优异的抗生物污染和化学污染性能,而在GC表面电化学氧化产生的氧功能化石墨烯具有更高的灵敏度。最后,将多孔GO和氧功能化石墨烯电极用于复杂血清样本中UA的检测,其结果与医院诊断相一致,实现了电化学传感器在临床样本中的应用。

关键词： 功能化膜制备   细菌生物膜   群感效应   微生物调控   细菌耐药性  

摘要： 随着当前环境健康问题的日益严峻,人们对生态环境安全也愈发重视。细菌在材料表面的附着与生物膜形成能够引发严重生物污染及生态安全问题。细菌的附着与定殖不仅干扰材料界面正常功能,还能通过群体作用削弱抗菌剂活性增加材料表面细菌污染的处理难度。而且,材料表面的细菌聚集还会导致细菌耐药性加速传播引起更大的健康安全隐患。一些植物化学物(Phytochemicals)不仅具备优异的抗菌活性同时还能够调控细菌生物膜形成,成为未来抗菌剂的有效替代品。基于此,本文以高性能抗污染膜材料制备和材料界面生物污染及生态风险控制为目标,针对膜分离材料表面的细菌附着、生物膜形成及细菌耐药性扩散等问题,从强化抗污染功能材料制备、界面细菌群体行为调控和材料界面生物风险控制三个方面系统研究了功能化抗菌防污膜材料界面构建、材料界面细菌生物膜形成调控和细菌耐药性扩散控制机制,为当前功能性膜材料研发和表面生物污染控制提供技术参考和理论依据。主要的研究内容与结论如下: 1.高性能抗污染膜材料是膜技术的核心,本研究首先从膜材料制备角度开发了集成自由基聚合和非溶剂诱导相转化(Nonsolvent induce phase separation,NIPS)技术的功能化聚偏氟乙烯(Polyvinylidenefluoride,PVDF)超滤膜制备方法。通过在铸膜液中引入自由基引发剂并将不饱和分子单体掺入凝固浴中,实现集制备和功能化一体的膜制备方案;以两性离子磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(Sulfobetainemethacrylate,SBMA)作为功能单体,通过优化自由基引发剂浓度与聚合反应时间实现制备膜性能的可控性调节;相比原始PVDF膜,制备的SBMA/PVDF膜水渗透性由142.3Lm-2h-1提升至187.6Lm-2h-1,蛋白截留能力由88.9%提升至99.0%,膜在动态过滤中的抗污染能力提高了 9.8%;此外,通过以抗菌性季铵盐及离子液体单体替代凝固浴中SBMA可制备具有高抗菌能力的功能化PVDF膜,证明了集成自由基聚合和NIPS的功能化膜制备方法的广泛适用性。该部分研究为可控性抗污染功能化超滤膜的制备提供了新的思路。 2.针对材料表面细菌附着及生物膜形成问题,系统研究了植物提取物丁香酚甲醚和丁香酚的抗菌和生物膜抑制机制,并建立通过原子转移自由基聚合(Atom transfer radical polymerization,ATRP)技术在材料表面固定丁香酚甲醚的应用方案。研究发现丁香酚可破坏细菌氧化还原平衡和细胞膜通透性表现出较强的抗菌能力,细菌细胞膜外排泵MexAB-OprM基因表达显著上调;基因表达和分子对接分析表明丁香酚甲醚通过与细菌群体感应(Quorumsensing,QS)的RhIR受体蛋白竞争结合抑制QS调控基因的转录表达进而干扰细菌生物膜形成;最后利用ATRP技术实现了丁香酚甲醚保留活性基团基础上在材料表面的固定化应用。该部分研究为植物化学物在材料表面的功能化应用提供了理论依据。 3.借助植物化学物抑菌及生物膜形成调控作用,优选植物提取物香草醛(Vanillin,VL)通过ATRP技术构建了具备群体淬灭功能的PVDF超滤膜以缓解膜表面生物污染问题。研究以构建具备调控细菌生物膜形成群体行为的膜材料界面为目标,优化了 PVDF膜表面ATRP接枝VL的技术方案并借助一系列表征测试验证了 VL在膜表面的成功接枝;结果表明VL功能化PVDF膜表面的生物膜形成被抑制,通过测定细菌QS相关基因表达和酰基-高丝氨酸内酯信号分子浓度阐明聚香草醛通过抑制细菌QS系统缓解膜表面细菌生物膜形成的内在机理;制备的VL-PVDF膜在动态过滤过程中稳定膜通量相比原始PVDF膜提高51.9%。该部分研究为构建具备细菌群体行为调控功能的膜材料界面从而缓解膜生物污染提供了技术支持。 4.为深化功能性材料界面的微生物行为调控功能,减轻细菌在材料表面附着引起的细菌耐药性传播风险,本研究以植物多酚原花青素(Proanthocyanidin,PAC)为活性分子,深入解析了 PAC对细菌耐药基因转移的干扰机制,构建了具备抑制耐药基因接合转移的功能化界面。结果表明,细菌内部氧化还原水平并不是影响耐药质粒接合转移的唯一关键因素;通过分子模拟计算与生物膜形成能力测试证明PAC抑制了耐药质粒接合转移过程中松弛体形成及转运和膜转运鞭毛蛋白功能从而阻遏了耐药质粒在细菌之间的接合转移;在明确PAC可抑制细菌接合鞭毛蛋白功能机制基础上设计并构建了 PAC功能化材料表面实现对细菌耐药基因转移的有效控制。该部分研究为构建功能化材料表面控制细菌耐药性传播风险提供了重要理论支持。