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含银高分子膜材料的应用及研究进展

2021-06-23管若伶卓先勤

无机盐工业 2021年6期
关键词:抗污染银离子纳米银

管若伶,孙 畅,卓先勤

(海南热带海洋学院海洋科学技术学院,海南三亚572022)

高分子膜材料是由有机高分子聚合物为材料制成的薄膜。高分子膜材料在生活中应用广泛,最初被作为包装膜,之后发展到了智能高分子膜、高分子功能膜等。膜技术是一种比较高效的流体分离技术,与一些较为传统的分离技术相比较,其具有高效率、低能耗、操作简便、对环境污染较小等优点。膜技术被广泛应用于核燃料及金属提炼、气体分离、海水淡化、超纯水制备、污废处理、人工脏器制造、医药、食品、农业、化工等领域,且其应用领域还在不断扩大,其中用量最大的是选择性分离膜[1-2]。

虽然膜分离技术有很多优点,如高效、节能、环保、容易控制和过程简单,但是也存在着弊端,制约了其发展。如传统的聚醚砜膜是相对疏水的[3],疏水性不利于其用于水处理。此外,聚醚砜材料的生物相容性和抗污染性能较弱[3],疏水性的聚砜制备的膜容易被水中的腐殖酸、蛋白质、多糖等有机物分子黏附,使膜被污染,从而膜的性能就会降低,这会使膜材料的寿命降低、使用成本升高。因此,高分子膜材料具有污染前难以预防、污染后难以清理的特点[4]。目前,解决膜生物污染的方法是制备具有抗菌性能的膜[5]。若仅用聚醚砜作为滤膜,膜材料对水中溴的去除率并不高[6]。同样,仅用离子交换树脂作为吸附膜材料对矿物中的碘元素进行吸附,吸附率也并不高[7]。因此,将无机颗粒与有机高分子膜复合以提高膜的性能,得到人们的日益关注和重视。解决上述问题的方法之一,就是将单质银或离子银与高分子膜结合,改善膜的抗菌及抗污染性能[8]。

银离子及其化合物对部分细菌、真菌、藻类、病毒有抗毒性,这种杀菌效应使其在活体外就能杀死生物。纳米银离子作为抗菌剂,对于多种细菌细胞和病毒具有抑制作用,同时对人体细胞又无害,因此被广泛用作人体医学的局部抗菌剂[9]。

多种形态的银都可与高分子膜材料复合,以达到不同效果的改性。单质形态的银与离子形态的银都可与高分子膜材料结合形成复合膜。载银2%(质量分数)的聚醚砜超滤膜,对大肠杆菌的抑菌率达到100%[10]。

纳米银与聚偏氟乙烯形成的复合膜,与纯聚偏氟乙烯相比其亲水性和纯水通量均得到提高[11]。纳米银、石墨相氮化碳与聚醚砜形成的复合膜,与纯聚醚砜膜相比其抗菌性与抗污染性能皆有提高[12]。氯化银与聚醚砜形成的复合膜,与纯聚醚砜膜相比其对水中溴的去除率得到提高[6]。银离子与树脂小球形成的吸附剂,与纯树脂相比其对矿物中碘元素的吸附率有所提高[7]。将银与高分子膜材料复合,可使膜材料的抑菌性能、抗病毒性能和抗生物污染性能有所提升,提高膜材料的使用寿命,降低使用成本。在水处理膜中加入银,可使膜材料的水通量有所提升,提高高分子膜对水的过滤能力。将高分子膜材料与银复合以提高膜的性能,这种方法被人们广泛应用,也得到了人们的日益关注和重视。笔者旨在总结和阐述含银高分子膜材料的应用、改性方法及其进展。

1 含银高分子膜材料的应用

含银高分子膜材料的应用范围广泛,不仅可以用于水处理,也可以作为元素吸附剂,还可以用于食品包装、去除病毒、杀灭细菌等。多种形态的银都可与高分子膜材料形成复合膜,其性能也各不相同。单质银和银离子都可与高分子膜材料形成复合膜。加入的单质银主要是纳米银,制作纳米银复合膜材料不仅可以用共混法将纳米银加入到高分子膜材料中,也可以先将银离子吸附在高分子膜材料表面,再用维生素C[13]、聚乙烯醇(PVA)[9]或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)[14]等将银离子还原为银单质。

1.1 含单质银高分子膜材料的应用

大部分含单质银高分子复合膜所含的银是纳米银。粒径在纳米级的金属银单质有杀菌能力强、活性高、渗透性强等优点,是一种广谱抗菌剂[12]。含单质银高分子膜材料的制膜基底有聚醚砜、聚乙烯醇、聚砜、聚乙烯等。单质银的加入使复合膜材料的纯水通量降低14%,但抗菌率几乎达到100%[15]。单质银的加入还可以提高膜的机械强度和耐水性[16]。

1.1.1 改性杀菌消毒膜材料

利用微滤及超滤的方式除去水中的病毒通常会受到病毒小尺寸和滤膜孔径较大的限制,而且膜表面的破损或缺陷都会使病毒不能完全被去除。纳米银颗粒可以通过释放银离子以外的其他机制破坏某些病毒及细菌结构,所以将纳米银加入膜结构为去除水中病毒提供了一种创新的潜在解决方案[17]。Zodrow等[17]运用湿相转化法制备出纳米银-聚砜复合超滤膜。最终测试结果显示,与纯聚砜膜相比纳米银质量分数为0.9%的复合膜的亲水性得到提高。通过对含有MS2噬菌体缓冲液的过滤实验,发现该复合膜具有优良的病毒去除能力。因为纳米银的加入,复合膜对大肠杆菌的杀菌率达到94%。

1.1.2 制备新型薄膜包装材料

薄艳娜等[18]利用熔融共混的方法制备了纳米银-聚乙烯复合包装薄膜,纳米银粉末的添加使得薄膜的透光率降低了3.9%~12.2%、氧气透过率增加了65.6~1 171.7 cm3/(m2·d·MPa)、水蒸气透过率增加了0.038~1.791 g/(m2·d)。艾茜等[19]利用熔融共混、吹塑成膜的方式制成了纳米银/低密度聚乙烯(LDPE)复合包装薄膜,加入的纳米银对可见光有一定程度的吸收,因此复合膜的透光性有所下降;与纯LDPE膜相比,纳米银的加入使复合膜的透湿性有一定的提升。

1.2 含银离子高分子膜材料的应用

加入高分子膜材料的银离子主要包括氧化高银和氯化银。制膜基底主要有聚酰胺、离子交换树脂和聚醚砜等。含银离子的复合材料通常用于吸附溴离子和碘离子,银离子的加入使高分子膜材料对溴离子和碘离子的吸附能力有所增强,吸附量也有所增加。

1.2.1 吸附去除溴离子

溴素被称为“海洋元素”,海水中溴的含量占地球总资源的99%[20]。饮用水水源中的溴离子会和水中的氯氨、臭氧、氯气等氧化剂或消毒剂发生反应,生成溴乙酸、溴酸盐和溴仿等致癌致突变性的溴化副产物,使得饮用水的安全受到威胁。所以在对水源消毒前需要脱除水中的溴离子,以减少溴系副产物的产生。管若伶等[6]用氯化银-聚醚砜(PES)复合膜吸附材料(A4膜),采用静态吸附法对水中的Br-进行吸附去除。优化条件:m(AgCl)/m(PES)为0.50、吸附温度为25℃、吸附时间为7 h、溶液初始pH为7。吸附完全的A4膜对Br-吸附量为59.6 mg/g,Br-去除率达到90%以上。掺杂银的碳气凝胶也能够有效地去除水中的溴化物,其吸附能力随着碳气凝胶表面银含量的增加而增强。但水中的氯化物和溶解性有机物会使含银碳气凝胶对水中溴离子的吸附性能减弱[21]。

1.2.2 吸附提取碘

碘作为人体所必需的微量元素之一,有生命元素之称[22]。不仅如此,碘还应用在医药、军事、农业和工业方面[23]。提取碘的方法有很多,例如:以海藻为原料利用灰化法、发酵法、浸出吸附法提取碘;以磷矿为原料提取碘;以卤水为原料运用空气吹出法、离子交换法、活性炭吸附法等提取碘[22]。但是,不论以哪种类型的原料提碘,其基本原理都是相同的,首先制得碘的原料液,之后通过还原或氧化的方法将碘组分转变成单质碘[24]。孟宸羽等[7]利用离子交换树脂负载不同量的银离子制成了吸附矿物中碘元素的吸附剂。实验结果表明,树脂中银量的提高能促进其对碘元素的提取能力,特别是在含银量较低时效果明显,且在30℃时效果最好。高强立等[25]将大孔型磺酸基聚苯乙烯阳离子树脂作为载体,经过硝酸盐溶液浸泡和硼氢化钠溶液还原,制得纳米银负载型阳离子交换树脂。测试结果表明,当载银量为19.3 mg/g、温度为25℃时,交换树脂吸附的碘离子最多,吸附量为74.7 mg/g。

2 含银高分子膜材料的改性方法

含银高分子膜材料的改性方法多种多样,各有利弊,制得的复合膜所具备的性能也各不相同。制备膜的工艺主要包括:相转化法、稀溶液涂层法、共混法、界面聚合法、原位合成法、离子交换法、化学改性法和熔融共混-吸塑成膜法等[26]。主要介绍相转化法、共混法、原位合成法、离子交换法和界面聚合法。

2.1 相转化法

相转化法是指配制一定组成的均相聚合物溶液,利用物理方法使溶液在周围环境中进行溶剂与非溶剂的传质交换,从而改变溶液的热力学状态,使其从均相的聚合物溶液发生相分离,转变凝胶结构,最终固化成膜的制膜方法。

李鑫等[11]利用相转化法制成了具有良好抗污染性能的纳米银粒子原位杂化聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜。把AgNO3作为前驱体,将PVDF作为聚合物基体,PVP作为分散剂和成孔剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF,HCONMe2)作为还原剂和溶剂,制成了纳米银粒子原位杂化PVDF超滤膜。铸膜液中发生的反应见式(1)。复合膜中银粒子均匀分散在聚合物基体中,银粒子的加入使复合膜的亲水性和纯水通量均得到提高,还使得复合膜展现出显著的抗有机污染和抗生物污染性能。

刘姿铔等[12]将三聚氰胺与NH4Cl进行研磨,将其均匀混合,并将其放入带盖的瓷碗中加热,制成介孔石墨氮化碳(m-g-C3N4),将m-g-C3N4加入去离子水中,使其均匀分散,将硝酸银水溶液和无水乙醇加入m-g-C3N4液中,利用高压汞灯照射混合液并进行搅拌,之后进行离心、洗涤及纯化,制成m-g-C3N4/Ag。将m-g-C3N4/Ag放入N,N-二甲基乙酰胺中,搅拌均匀之后加入PES,加热直至完全溶解。冷却后用刮刀刮膜,制成了介孔石墨相氮化碳载银聚醚砜复合膜。m-g-C3N4/Ag的加入提高了膜的亲水性,并且具有优异的抗菌性能及抗污染性能。

刘方等[27]将AgNO3作为原材料、K2S2O8作为氧化剂、NaOH作为沉淀剂,利用液相氧化沉淀法制成氧化高银。在三口烧瓶中按比例加入醋酸纤维素、氧化高银、丙酮、N-甲基吡咯烷酮和聚乙二醇400,在恒温下长时间搅拌制成铸膜液,冷却脱泡,利用刮膜器刮膜。将膜放入去离子水中处理,再在丙三醇溶液中浸泡,制成氧化高银醋酸纤维素膜。制得的复合膜具有一定的抗菌性,水通量达到97.39 L/(m2·h)。

Zodrow等[17]采用湿相转化法,将聚乙烯吡咯烷酮溶解在N-甲基-2吡咯烷酮中,于50℃加热搅拌。加入纳米银颗粒,并用超声探头分散。将该溶液加热到120℃,加入聚砜。铸膜液由15%聚砜、10%聚乙烯吡咯烷酮、75%N-甲基-2吡咯烷酮、0.22%纳米银(均以质量分数计)组成。待溶液冷却后,用铝铸刀将铸膜液的薄膜沉积在玻璃板上,制得纳米银-聚砜复合超滤膜。制得的复合膜亲水性有所提高,并且具备去除病毒的能力,抑菌率高达94%。

2.2 共混法

共混法是指将有机物和无机纳米粒子共混的一种方法。这种方法是制备杂化材料最简易的方法,而且还适合于各种形态的纳米粒子。共混法制备技术简单易操作,而且组分浓度容易控制。管若伶等[6]利用共混法将氯化银颗粒和PES加入N,N-二甲基乙酰胺中,在一定温度和时间下搅拌制得铸膜液,用刮刀刮膜,制成了氯化银-聚醚砜复合膜。在优化条件下,吸附完全的复合膜对Br-的吸附量为59.6 mg/g,去除率达到90%以上。

2.3 原位合成法

原位合成法的基本原理是不同元素或者化合物之间在一定条件下会发生化学反应,而在金属基体内产生一种或几种陶瓷相颗粒,以达到改善单一金属合金性能的目的。一般利用这种方法进行复合材料的制备。魏占锋等[28]用纤维素的酸水解微晶制成纳米纤维素,通过高碘酸钠氧化得到醛基纳米纤维素,加入银氨溶液原位合成载银纳米纤维素。以聚乙烯醇为基底,加入载银纳米纤维素,制成了载银纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜。当载银纳米纤维素体积分数为3%时,复合膜拉伸强度较纯聚乙烯醇膜提高了8.8%。当载银纳米纤维素体积分数为5%时,复合膜对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌都具有较好的抑菌作用。

2.4 离子交换法

朱天容等[29]首先利用原位聚合法制备聚酰亚胺(PI)膜,之后通过离子交换法制成了银负载PI复合膜,反应原理见图1。测试结果表明,与纯PI膜相比复合膜的分解温度由522.10℃降低至505.79℃,拉伸强度也由120.2 MPa降低至78.26 MPa。复合膜较纯PI膜在热稳定性及力学性能上均有下降。

图1 制备银负载PI复合膜的原理示意图[29]Fig.1 Silver loaded PI composite membrane preparation principle[29]

2.5 界面聚合法

界面聚合法的基本原理是将两种不同活性的单体或聚合物分别溶于两种互不相溶的溶剂中,当一种溶液分散到另一种溶液中时,在两种溶液的界面上形成一层聚合物膜以制备高聚物。侯智婕等[30]将AgNO3作为原材料、K2S2O8作为氧化剂、NaOH作为沉淀剂,利用液相氧化沉淀法制备氧化高银。将三乙胺加入去离子水中,调节pH,再在溶液中加入间苯二胺配制成水相溶液,再将十二烷基磺酸钠水溶液加入其中作为表面活性剂。将均苯三甲酰氯溶于正己烷中制成油性溶液,将氧化高银加入油性溶液中。经过界面聚合过程得到氧化高银/聚酰胺复合膜。随着氧化高银质量分数的增加,复合膜的水通量上升,渗透水通量显著增加,并且复合膜具有抗菌性。

3 膜材料添加银后改良的性能

膜分离技术具有节能、环保、高效、过程简单和易于控制等优点,但存在膜污染问题[8]。膜污染不仅会使水通量下降,而且会使膜的使用寿命大大缩短、成本上升。银的加入对高分子膜材料性能的改性是多方面的,其中较为突出的是对膜的抑菌作用、抗污染性能以及膜的纯水通量的改性。

3.1 含银高分子膜材料的抑菌作用

无机抗菌材料因具有稳定性、持久性、安全性、不易产生耐药性与适合高温加工等优点,从而成为研究的热点[30]。金属离子抗菌剂包括Cu、Co、Ni、Zn、Ag等。这些离子的抗菌能力由强到弱的顺序为Ag、Cu、Ni、Co、Zn[29]。所以,在人们常用的金属抗菌剂中,研究最多的是银系抗菌剂[31]。

银具有良好的抑菌作用,是一种广谱抗菌剂,并且具有持久的抑菌作用。由于微生物的细胞膜上常常带有负电荷,银离子能够依靠库仑力吸附在细胞上,从而损伤细菌的DNA,诱导脱氧酶失活,使菌体的内容物泄露,中断细菌的信号传导,从而杀死细菌,杀死一个细菌后银离子便会继续攻击下一个细菌,从而发挥持久的抑菌作用[17]。由于纳米银颗粒有极大的比表面积,并且在膜中可以持续地提供一价银离子,因此可以阻止细菌进入膜表面[8]。

朱子沛等[13]将PES与浓硫酸在平底烧杯中进行长时间机械搅拌,再倒入冰水浴中凝固,析出产物即为磺化聚醚砜(SPES)。将SPES溶解于N,N-二甲基酰胺配成铸膜液,静置使其脱泡,用刮刀刮膜,制成SPES超滤膜。将SPES放入AgNO3中缓慢摇晃后将其取出沥干,浸入维生素C溶液中,晾干,制成SPES-Ag复合膜,整个反应过程见图2。纳米银的吸附提高了SPES膜的抗菌能力,对大肠杆菌、假单胞菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率从原来的19.7%、29.3%、14.0%分别提高至96.7%、98.3%、87.7%。世界卫生组织规定的饮用水中Ag+的安全标准为100μg/L,而滤膜最大的释放量为1.8μg/L,远低于规定的标准。根据纳米银的释放趋势推算,滤膜的抗菌能力至少维持60 d。

图2 制备SPES-Ag复合膜原理示意图[13]Fig.2 SPES-Ag composite membrane preparation principle[13]

陈义丰等[31]将去除水分的埃洛石纳米管加入甲苯,再加入硅烷偶联剂,将其在特定情况下分散,得到改性的埃洛石纳米管。将硝酸银溶于蒸馏水,加入改性的埃洛石纳米管,在特定条件下搅拌,加入NaHB4和NaOH溶液,并调节其pH,得到改性埃洛石纳米管络合银。将聚醚砜与聚乙烯吡咯烷酮溶于N,N-二甲基乙酰胺中,再加入丙酮与不同含量的改性埃洛石纳米管络合银,搅拌,静置脱泡后用刮刀刮膜,制得聚醚砜超滤膜。实验结果表明,添加负载纳米银埃洛石纳米管的复合膜,对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌皆形成了清晰的抑菌圈。

表1和图3为加入不同种类银的膜材料在加入银前后的细菌生长情况对比。根据图3的对比可以看出,部分膜的周围出现了明显的抑菌圈,还有一部分培养皿中细菌的数量也有明显的减少,其中抑菌率最高的甚至达到100%。

表1 复合膜加入银前后的抑菌作用Table 1 Bacteriostasis of composite membrane before and after adding silver

图3 复合膜加入银前后细菌生长情况Fig.3 Bacterial growth before and after silver addition

3.2 含银高分子膜的抗污染性能

传统的聚醚砜膜是相对疏水的[3],具有相对的疏水性不利于聚醚砜材料用于水处理。并且聚醚砜材料的生物相容性和抗污染性能较弱,疏水性的聚砜制备的膜容易被水中的腐殖酸、蛋白质、多糖等有机物分子黏附,膜污染不仅会导致水通量下降,而且还会使膜的使用寿命缩短、成本上升。目前解决膜的生物污染的方法是制备具有抗菌性能的膜[5]。解决此问题的方法之一就是将纳米银与水处理膜相结合,以改善膜的抗污染性能[8]。

刘姿铔等[12]把石墨相氮化碳(g-C3N4)作为载体,用金属Ag对g-C3N4表面进行修饰,添加纳米银使PES复合膜的抗菌和抗生物污染性能显著提高。m-g-C3N4/Ag的加入使复合膜材料具有了光催化自清洁性能,有效地提高了膜的抗污染性能。图4为可见光照射前后膜通量恢复率。由图4可见,所有复合膜的通量恢复率都明显高于未加入m-g-C3N4/Ag的膜(M0),而且经过水洗及可见光照射后所有膜的通量恢复率都有所增加。此现象表明,m-g-C3N4/Ag及可见光有利于膜的自清洁,也能提高膜的抗污染性能。

图4 可见光照射前后膜通量恢复率(FRR)[12]Fig.4 Membrane flux recovery before and after visible light irradiation[12]

Zodrow等[17]利用湿相转化法制备出纳米银-聚砜复合超滤膜,不仅复合膜的亲水性得到了提高,还显示出更好的抗生物污垢性。

李鑫等[11]制备了纳米Ag粒子原位杂化PVDF超滤膜,复合膜具有显著的抗有机污染及抗生物污染性能。图5为空白膜(PVDF-0)和杂化膜(PVDF-1)受到牛血清蛋白(BSA)污染后纯水通量恢复情况,两种膜都被进行了1次表面污染和3次内部污染。从图5看出,无论经过几次污染,与PVDF-0相比PVDF-1的纯水通量恢复率都提高很多。所以,纳米银粒子的添加提高了PVDF的抗有机污染能力。

图5 PVDF-0及PVDF-1膜受BSA污染后纯水通量恢复率[11]Fig.5 Recovery rate of pure water flux after BSA contamination of PVDF-0 and PVDF-1 membranes[11]

3.3 银可以提高高分子膜的水通量

水通量是指在单位压力下、在相应时间内通过膜的水的体积或质量。水通量能够在一定程度上体现高分子膜对污水的过滤能力。一般情况下水通量越大则高分子膜在单位时间内所能处理的污水量也越大,膜的性能越好。所以,通过提高水通量来提高高分子膜的性能是最为直接的研究方向[32]。表2为不同种类的高分子膜在添加银前后纯水通量的变化。由表2看出,每种高分子膜在加入银后其纯水通量都有一定程度的提升。

表2 复合膜加入银前后纯水通量的变化Table 2 Changes of pure water flux before and after silver addition

李鑫等[11]通过相转化法制得了Ag/PVDF杂化膜,与纯PVDF膜相比Ag/PVDF杂化膜的纯水通量从36.4 L/(m2·h)提升至82.4 L/(m2·h)。加入的纳米银粒子较为均匀地分布在PVDF中,提高了膜在相转化时的分相速度,使杂化膜表面产生大孔,所以水分子能够更容易地通过膜,使膜的水通量得到显著改善。

刘姿铔等[12]通过相转化法制得聚醚砜纳米复合膜。其利用共混法将介孔石墨相氮化碳载银加入铸膜液中,制得m-g-C3N4/Ag/PES膜。通过观察加入不同量m-g-C3N4/Ag后膜水通量的改变可知,随着m-g-C3N4/Ag添加量增加,膜的水通量也在不断增加,最高可达258.29 L/(m2·h)。水通量的增加是因为m-g-C3N4/Ag的加入使得复合膜的孔隙率及亲水性有所改变,同时扩大了指状孔隙,使断面孔隙结构的贯通性有所改善,降低了膜对水的阻力,水通量才有所增加。

侯智婕等[30]采取液相氧化沉淀法制备了氧化高银,再利用界面聚合法制得了氧化高银/聚酰胺复合膜。通过实验可知,当氧化高银质量分数小于0.3%时,复合膜的水通量随着氧化高银质量分数的增加而增加,从42.41 L/(m2·h)增加到161.48 L/(m2·h),水通量有显著的增加。这是由于,界面的聚合反应受到两相扩散的控制,氧化高银的加入使间苯二胺的酰基化被削弱,影响了聚酰胺的交联度,有利于膜上形成网状的孔结构,并且孔结构的孔径也有所增大。但是,当氧化高银质量分数为0.3%~0.5%时,膜的水通量随着氧化高银质量分数的增加而降低。这是因为,氧化高银含量过高就会聚集在膜的表面,阻挡水分子通过。

图6和图7分别为不同种类含银高分子在加入银前后表面及断面扫描电镜(SEM)照片。通过对比可以看出,加入银后各种膜表面的孔隙率都有增大,而且银能够均匀地附着在膜表面。

图6 复合膜加入银前后表面SEM照片Fig.6 SEM images of composite membrane before and after adding silver

图7 复合膜加入银前后断面SEM照片Fig.7 SEM images of composite membrane cross section before and after adding silver

图8为m-g-C3N4/Ag/PES膜和氧化高银/聚酰胺复合膜在加入银离子前后纯水通量与截留率的变化。从图8看出,m-g-C3N4/Ag/PES膜随着银离子加入量增加纯水通量不断增加、截留率不断减小。氧化高银/聚酰胺复合膜,当氧化高银质量分数小于0.3%时,复合膜水通量和截留率随着氧化高银质量分数的增加而增加。当氧化高银质量分数大于0.3%时,复合膜水通量随着氧化高银质量分数的增加而减少。

图8 复合膜加入银前后水通量与截留率的变化Fig.8 Changes of water flux and retention rate before and after adding silver to composite membrane

4 总结

高分子膜材料的应用十分广泛,也具有很多优点,如低耗能、高效率等。但是,纯高分子膜材料也有缺陷,如抗菌性和抗污染能力较差,对特定物质的吸附和去除率不够。这些缺陷不仅会使高分子复合膜的性能有所下降,还会缩短膜的寿命,从而提高了使用成本。同时,这些缺陷也制约着高分子膜材料的发展。银具有良好的抑菌性能和良好的抗生物污染性能。利用相转化法、共混法、原位合成法、离子交换法、界面聚合法等将银与高分子膜材料相结合形成复合膜,就能够有效地改善膜的性能。银的加入使高分子膜的抑菌性能有了显著提高,最高甚至可以达到100%。银的加入也能够改变高分子膜的抗污染性能,减少微生物、蛋白质等对膜的附着,使膜的抗污染性能有所提高,从根本上有效地提高了高分子膜的使用寿命,由此降低了膜的使用成本。不仅如此,银的加入通过改变高分子膜的孔隙率提高了高分子膜的水通量,减小了膜对水的阻力,复合膜在单位时间内处理的液体量就更大,很好地提高了高分子膜的效率。含银高分子膜材料在抑菌方面和抗生物污染方面有显著的优势,在饮用水的净化和污水处理方面都具有很好的前景。

含银高分子膜也存在一些问题,在使用过程中膜中的银会随着使用时间的增加有所流失。这不仅会使复合膜的各方面性能有所下降,也会对环境造成一定的污染。如何将具有不同优势的高分子膜材料与银更好地结合,同时又能有效地减少复合膜上银的流失或减小银流失的速度;如何将高分子膜材料与抗菌剂的优点结合在一起,在减少膜对环境污染的基础上使复合膜本身的性能也有所提高,由此延长膜的使用寿命,降低膜的使用成本,这将是今后研究的重点。

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