抗生物污染性反滲透膜的制備及應用

抗生物污染性反滲透膜的制備及應用

缺乏淡水資源?？焖俟I(yè)和農(nóng)業(yè)的水污染和大規(guī)模海水淡化是水處理技術面臨的主要挑戰(zhàn)。聚乙二醇（PEG）由于具有較好的親水性，而成為最有利的抗蛋白質(zhì)及抗菌材料被廣泛使用。但PEG自身易被氧化，無法長期保持較好的抗污染性能，因此人們開始尋求新的抗污染材料。兩性離子聚合物因結(jié)構(gòu)中陰、陽離子位于同一側(cè)鏈上，整體呈電中性1反滲透膜中二性離子聚合物的應用1.1存在不足與研究方向?qū)尚噪x子聚合物直接引入膜表面的方法較多，其中用于反滲透膜主要有表面引發(fā)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP)除了上述手段之外，目前關于兩性離子接枝于反滲透膜表面最常用的方法之一是原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法（si-ATRP）。該方法是一項可控的操作方法，可將聚合物或低聚物鏈以共價鍵結(jié)合到膜表面，并且能控制聚合反應以實現(xiàn)特定的鏈長及復雜的分子結(jié)構(gòu)，如具有高密度和低分子量的聚合鏈si-ATRP是將兩性離子直接引入反滲透膜表面最有效的方法之一，關于si-ATRP相關研究近年來層出不窮，但不能否認其依然存在著不足。首先，活性官能團的引入在一定程度上破壞了反滲透膜原有的致密性，造成一定的鹽截留率下降，非致密性膜在長期使用的過程中存在潛在風險。其次，通過siATRP方式產(chǎn)生的改性涂層并不穩(wěn)定，在長期的運行過程中不能一直保持優(yōu)異的抗吸附性能，且大多si-ATRP改性條件復雜苛刻，很難做到大規(guī)模工業(yè)運用，使改性膜只能停留在實驗室階段。所以，如何使用更簡便的方法將兩性離子引入改性膜的同時，保持膜長久的抗污染性能，是兩性離子在反滲透膜領域運用中所面臨的最大挑戰(zhàn)。聚多巴胺是一種具有超強粘附性能的親水性物質(zhì)，它是由多巴胺在有氧條件下自聚而成，幾乎能粘附于任何固體表面并迅速成膜。且聚多巴胺表面具有豐富的功能基團，在堿性條件下能與氨基、巰基、亞氨基等發(fā)生邁克爾加成反應關于聚多巴胺作為功能層將兩性離子引入膜表面的研究目前還較少，主要因為新型兩性離子聚合物的合成困難，而對于已有的兩性離子大多需要額外引入活性官能團才能與聚多巴胺形成共價鍵。一般而言，活性官能團引入兩性離子聚合物上的手段復雜，且條件苛刻，合成較為困難。另外，雙重改性層的涂覆不可避免會造成反滲透膜原有通量的下降。因此，對于新型兩性離子的研究重點依舊集中在如何使合成手段更加簡易低廉。同時，摒棄一般的聚酰胺反滲透膜，研究出具有更多活性官能團的新型反滲透膜，在不破壞活性層致密性的前提下，使兩性離子聚合物能夠更加穩(wěn)定地結(jié)合在反滲透膜上，也是未來的一個研究方向。除了將兩性離子聚合物引入活性層形成共價鍵以外，研究者還嘗試在界面聚合的過程中引入兩性離子，合成新型改性膜。Ma等1.2加入反滲透膜功能化納米材料由于具有優(yōu)異的物理化學性能及對蛋白質(zhì)吸附較高的抗性，成為醫(yī)藥等領域抗污染材料的研究熱點。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)將功能化納米材料引入反滲透膜內(nèi)，同樣能對膜進一步優(yōu)化。氧化石墨烯（GO）是一種具有較高比表面積的二維納米材料，它是一種理想的水處理膜添加材料。研究發(fā)現(xiàn)，GO能夠改善聚合物基質(zhì)的分散性和混溶性，在開發(fā)新型膜應用中具有良好的前景大多數(shù)研究證明，影響反滲透膜抗污染性能的主要因素有表面親水性、表面電荷、表面粗糙度及膜的化學性質(zhì)等由于兩性離子聚合物引入反滲透膜領域的研究起步較晚，目前對于兩性離子與納米顆粒聯(lián)用合成綜合性抗污染反滲透膜的研究較少。今后，可以多從綜合性反滲透膜入手，探索兩性離子與納米粒子之間的相互作用機理，結(jié)合兩性離子優(yōu)異的抗蛋白質(zhì)吸附性能與納米粒子的抗菌性，將其應用于反滲透膜的制備中。同時，可以嘗試將兩性離子與納米粒子以不同的方式引入反滲透膜，如引入反滲透膜的支撐層或界面聚合過程中的有機相/水相中。深入研究改性膜的抗污染機理，為改性膜長久穩(wěn)定的抗污染性，以及兩性離子在反滲透膜中的運用提供牢固的理論基礎，也能為未來新型反滲透膜的合成提供新的方向。2兩性離子聚合物的應用現(xiàn)狀從現(xiàn)階段的研究來看，兩性離子聚合物引入能使反滲透膜具有較好的抗污染能力，是一種具有較好潛力的抗污染材料。但兩性離子聚合物在反滲透膜領域的應用起步較晚，關于這方面還存在一定的缺陷：(1）兩性離子聚合物的合成困難，價格昂貴，很難實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應用。(2）目前所使用的商業(yè)反滲透膜無法通過簡單的反應將兩性離子聚合物直接引入膜表面，改性條件大多苛刻繁雜，僅適用于實驗室。(3）兩性離子聚合物與反滲透膜之間的作用機理研究較少，改性膜的抗污染性能無法長期穩(wěn)定存在。而且微生物容易對改性膜產(chǎn)生抗性，導致改性膜喪失抗吸附能力。所以兩性離子聚合物與殺菌性物質(zhì)的聯(lián)用，對于反滲透膜將是一種具有前景的改性方法。(4）目前大多數(shù)抗污染研究使用的依舊是模擬廢水，針對的情況較為單一。實際廢水所含污染物復