二次界面聚合法制备聚酰胺-银纳米粒子复合纳滤膜
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
浙江理工大学学报,第49卷,第4期,2023年7月
J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y
D O I :10.3969/j
.i s s n .1673-3851(n ).2023.04.011收稿日期:2023-03-20 网络出版日期:2023-05-05
基金项目:浙江省大学生科技创新计划(新苗)(2022R 406A 005)作者简介:李姝雨(2000- )
,女,山西临汾人,本科生,主要从事纳滤膜方面的研究㊂通信作者:秘一芳,E -m a i l :m y
f @z s t u .e d u .c n 二次界面聚合法制备聚酰胺-银纳米粒子复合纳滤膜
李姝雨,何书恒,曹志海,秘一芳
(浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,杭州310018
) 摘 要:为提高聚酰胺纳滤膜的抗菌性能,采用间苯二胺还原银前驱体,制备带有氨基的银纳米粒子(M P D -A g
N P s ),通过简单易操作的二次界面聚合法制备抗菌聚酰胺-A g N P s 纳滤膜,分析M P D -A g N
P s 的形成,表征聚酰胺-A g N P s 纳滤膜的化学组成㊁表面形貌,测试亲水性㊁荷电性㊁分离性能和抗菌性能㊂结果表明:M P D -A g N
P s 中银是以金属态形式存在;当M P D -A g N P s 的质量分数为0.02%时,制备的纳滤膜水通量为21.11L /(m 2
㊃h ),对N a 2S O 4
的截留率为97.95%;与未负载M P D -A g N
P s 的纳滤膜相比,通过二次界面聚合法制备的纳滤膜耐氯性能更佳,且具有更优异的抗菌能力,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为92.46%和84.35%㊂
关键词:银纳米粒子;纳滤膜;界面聚合;聚酰胺;抗菌中图分类号:T Q 028.8
文献标志码:A
文章编号:1673-3851(2023)07-0500-08
引文格式:李姝雨,何书恒,曹志海,等.二次界面聚合法制备聚酰胺-银纳米粒子复合纳滤膜[J ].浙江理工大学学
报(自然科学),2023,49(4):500-507.
R e f e r e n c e F o r m a t :L I S h u y u ,H E S h u h e n g ,C A O Z h i h a i ,e t a l .P r e p a r a t i o n o f p o l y a m i d e -A g n a n o p a r t i c l e c o m p
o s i t e n a n o f i l t r a t i o n m e m b r a n e s v i a s e c o n d a r y i n t e r f a c i a l p o l y m e r i z a t i o n [J ].J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y
,2023,49(4):500-507.
P r e p a r a t i o n o f p o l y a m i d e -A g n a n o p a r t i c l e c o m p
o s i t e n a n o f i l t r a t i o n m e m b r a n e s v i a s e c o n d a r y i n t e r f a c i a l p o l y
m e r i z a t i o n L I S h u y u ,H E S h u h e n g ,C A O Z h i h a i ,M I Y i f a n g
(K e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e d T e x t i l e M a t e r i a l s a n d M a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y
,M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n g
z h o u 310018,C h i n a ) A b s t r a c t :T o i m p r o v e t h e a n t i b a c t e r i a l p e r f o r m a n c e o f p o l y a m i d e n a n o f i l t r a t i o n m e m b r a n e s (N F M s ),m -p h e n y l e n e d i a m i n e w a s u s e d a s a r e d u c i n g a g
e n t t o
f o r m a m i n o -f u n c t i o n a l i z e d s i l v e r n a n o p a r t i c l e s (M P D -A
g N P s ).A n t i b a c t e r i a l p o l y a m i d e -A g N P s n a n o f i l t r a t i o n m e m b r a n e s w e r e p r e p
a r e d
b y s i m p l e a n d e a s y -t o -o p e r a t e s e
c o n
d a r y i n t
e r
f a c i a l p o l y m e r i z a t i o n ,a n d t h e f o r m a t i o n o f M P D -A
g N
P s w a s a n a l y z e d .F u r t h e r m o r e ,t h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n s a n d s u r f a c e m o r p h o l o g y w
e r e t e s t e d ,a n d t h e h y d r o p h i l i c i t y ,c h a r g e p e r
f o r m a n c e ,s e p a r a t i o n p r o p e r t i e s ,a n d a n t i b a c t e r i a l a b i l i t i e s o f t h e p r e p
a r e d p o l y a m i d e -A g N P s n a n o f i l t r a t i o n m e m
b r a n e s w e r e s y s t e m a t i
c a l l y i n v e s t i g a t e
d .T h
e r e s u l t s s h o w t h a t s i l v e r i s p r e s e n t i n M P D -A g N P s i n t h e m e t a l l i c s t a t e .W h e n t h e c o n c e n t r a t i o n o
f M P D -A
g N
P s i s 0.02%,t h e w a t e r f l u x o f t h e p r e p a r e d N F M s i s 21.11L /(m 2
㊃h ),a n d t h e r e j e c t i o n o f N a 2S O 4i
s m a i n t a i n e d a t 97.95%.C o m p a r e d w i t h p o l y a m i d e N F M s w i t h o u t M P D -A g N P s ,t h e N F M s p r e p a r e d b y t h e s e c o n d a r y
i n t e r f a c i a l p o l y m e r i z a t i o n m e t h o d h a v e b e t t e r c h l o r i n e r e s i s t a n c e a n d a n t i b a c t e r i a l a b i l i t y
.T h e b a c t e r i c i d a l
r a t e s a g a i n s t E s c h e r i c h i a c o l i a n d S t a p h y l o c o c c u s a u r e u s a r e92.46%a n d84.35%,r e s p e c t i v e l y.
K e y w o r d s:A g n a n o p a r t i c l e s;n a n o f i l t r a t i o n m e m b r a n e;i n t e r f a c i a l p o l y m e r i z a t i o n;p o l y a m i d e;
a n t i
b a
c t e r i a l p r o p e r t y
0引言
纳滤是一种压力驱动的膜分离技术,主要通过
孔径筛分和道南效应实现物质分离,对小分子有机
物和高价离子具有较高的截留能力[1]㊂纳滤膜具有分离效率高㊁能耗小和环保等优点,因此在废水处
理㊁化工和食品等领域都有着广泛应用[2-3]㊂然而,膜的生物污染一直是纳滤膜应用中需要解决的关键问题之一㊂细菌等微生物在膜表面附着和繁殖,最终形成生物膜,发生生物污染,并且形成的生物膜难以去除,导致膜分离性能严重下降,从而缩短纳滤膜的使用寿命,增加运行成本[4-5]㊂因此,提高纳滤膜的抗菌能力对其实际应用具有重要意义㊂
膜生物污染主要是由细菌与膜表面的相互作用
引起的,因此对纳滤膜进行表面修饰是一种提高纳
滤膜抗生物污染的有效方法[6]㊂银纳米粒子(S i l v e r n a n o p a r t i c l e s,A g N P s)对细菌㊁真菌和病毒具有较强的广谱抗菌活性,且对人体细胞的毒性低,被广泛用于提高纳滤膜的抗菌性能[7]㊂由于A g N P s与聚合物基体的相容性差,物理引入的A g N P s存在团聚和分布不均匀问题,因此将A g N P s通过化学键固定在纳滤膜表面,可有效提高A g N P s的均匀性和操作稳定性[8-9]㊂G u o等[10]用乙二胺对聚酰胺(P o l y a m i d e,P A)膜进行表面修饰,通过与A g N P s 表面的活化后羧基发生化学反应,制备了抗菌P A 膜;H u o等[11]则通过在成膜过程中引入聚多巴胺(P o l y d o p a m i n e,P D A),通过P D A生成A g N P s,得到P A-A g N P s抗菌聚酰胺膜㊂但是上述方法步骤繁多,而且需要使用一些昂贵的试剂㊂因此,通过一种简单的方法来制备负载A g N P s的抗菌P A纳滤膜十分必要㊂
界面聚合是目前制备商品化纳滤膜的主流方
法,具有操作简单㊁反应时间短㊁可控性强的特
点[12]㊂多元胺和多元酰氯在水-油界面处发生缩聚形成P A分离层,在新生成的P A纳滤膜表面残留有反应性的酰氯基团,能够与氨基发生二次界面聚合,实现P A纳滤膜表面化学改性[13]㊂间苯二胺(M-p h e n y l e n e d i a m i n e,M P D)是一种常见的界面聚合二胺单体,将M P D水溶液与硝酸银(A g N O3)水溶液在室温下直接混合,M P D可还原A g离子,得到外壳为聚间苯二胺的银纳米粒子(M P D-A g N P s)[14-15],并且M P D-A g N P s已被证明具有良好的抗菌性能[16]㊂通过M P D制备A g N P s不仅易操作,而且生成的M P D-A g N P s含有可反应性氨基㊂本文以哌嗪(P i p e r a z i n e,P I P)为水相单体,与均苯三甲酰氯(T r i m e s o y l c h l o r i d e,T M C)进行界面聚合,制备P A纳滤膜,利用膜表面残留的酰氯基团与M P D-A g N P s发生二次界面聚合反应,制备抗菌的P A-A g N P s复合纳滤膜;探究M P D-A g N P s 的形成;通过红外㊁X射线光电子能谱仪(X P S)㊁扫描电镜(S E M)㊁接触角㊁Z e t a电位和纳滤性能测试等手段对纳滤膜的化学组成㊁表面形貌㊁亲水性㊁荷电性和分离性能进行了表征,并以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为测试菌种,评估所制备纳滤膜的抗菌性能㊂
1实验部分
1.1实验试剂与仪器
材料:T M C购于百灵威有限公司,P I P㊁M P D㊁A g N O3㊁硫酸钠(N a2S O4)㊁硫酸镁(M g S O4)㊁氯化钠(N a C l)㊁氯化镁(M g C l2)㊁十二烷基硫酸钠(S D S)㊁戊二醛和P B S缓冲溶液均购于阿拉丁试剂中国(上海)有限公司,正己烷购自国药集团化学试剂有限公司,次氯酸钠(N a C l O)购自上海麦克林生化科技有限公司,大肠杆菌㊁金黄色葡萄球菌和L B 琼脂培养基均购于鲁威生物科技有限公司,去离子水实验室自制和聚砜超滤膜(P s f)购于中科瑞阳膜技术有限公司㊂以上试剂均为分析纯㊂
N i c o l e t5700傅里叶红外光谱仪(美国热电公司)㊁U V-2600紫外-可见光吸收光谱仪(日本岛津)㊁G e m i n i S E M500扫描电子显微镜(德国蔡司仪器公司)㊁固体表面Z e t a电位仪(奥地利安东帕公司)和视频接触角张力仪(德国K r u s s公司)㊁X P S(英国赛默飞公司)㊁F E30型数显电导率仪(上海雷磁仪器有限公司)及纳滤膜评价装置(杭州晓科生物技术有限公司)㊂
1.2M P D-A g N P s的制备
根据文献[16]制备M P D-A g N P s,流程如图1所示㊂具体方法如下:配置20m L质量分数为1%的M P D溶液㊂为稳定生成的M P D-A g N P s,在
105
第4期李姝雨等:二次界面聚合法制备聚酰胺-银纳米粒子复合纳滤膜
M P D水溶液中加入质量分数为0.05%S D S㊂待溶液搅拌10m i n后,加入10m m o l/L A g N O3继续搅拌10m i n,可观察到溶液由无色变成红棕色,且无沉淀产生,说明M P D还原A g离子生成A g N P s,得到均匀分散的M P D-A g N P s㊂
1.3P A-A g N P s复合纳滤膜的制备
采用二次界面聚合法制备P A-A g N P s复合纳滤膜,流程如图1所示㊂方法如下:将P s f超滤膜表面浸入质量分数为0.3%P I P水溶液2m i n后,移除多余溶液,再将P s f超滤膜表面浸入含有质量分数为0.15%T M C的正己烷溶液中,聚合1m i n,吸附在P s f膜表面的P I P与正己烷中的T M C发生缩聚,形成P A纳滤膜;将P A纳滤膜表面浸泡在质量分数分别为0.01%㊁0.02%和0.04%的M P D-A g N P s水溶液中,30s后移除M P D-A g N P s水溶液,将纳滤膜在50ħ下热处理10m i n,得到P A-A g N P s纳滤膜㊂根据M P D-A g N P s质量分数,将所得到的纳滤膜分别命名为N F M-0㊁N F M-1㊁N F M-2和N F M-3㊂
图1 M P D-A g N P s和P A-A g N P s纳滤膜的制备流程示意图1.4P A-A g N P s复合纳滤膜性能测试
在0.7M P a下预压纳滤膜30m i n,待性能稳定
后,在25ħ㊁0.6M P a条件下,以1g/L的N a2S O4㊁
M g S O4㊁M g C l2和N a C l为进料液,测试纳滤膜的分
离性能㊂膜水通量J和溶质截留率R分别通过式
(1) (2)计算:
I=V
Aˑt
(1)
R/%=1-C p C
f ˑ100(2)
其中:V为透过液体积,L;A为有效测试膜面积, m2;t为时间,h;C f㊁C p分别为进料液和透过液中的无机盐质量浓度,g/L,通过F E30型数显电导率仪测定得到㊂
1.5P A-A g N P s复合纳滤膜耐氯性能的评价
将纳滤膜浸泡在p H值4的N a C l O溶液(1g/ L),浸泡不同时间(0㊁2㊁4㊁6h和10h)后取出纳滤膜,用去离子水冲洗,对浸泡后的纳滤膜进行纳滤性能测试,通过比较纳滤膜通量和截留率的变化来评估纳滤膜的耐氯性能㊂
1.6P A-A g N P s复合纳滤膜抗菌性能的评价
通过平板计数法评估纳滤膜的抗菌性能㊂将100μL㊁O D600=0.1的菌种均匀滴加在经紫外光照射㊁直径约为1.5c m的纳滤膜表面,置于37ħ培养3h㊂将100μL稀释后的菌液涂布在L B琼脂培养基上,在37ħ下培养12h后观察菌落数量,每种膜样品至少重复3次㊂由式(3)计算出抑菌率(E b):
E b/%=1-N t N
c
ˑ100(3)其中:N t与N c分别为测试膜片与空白对照膜片的菌落数㊂
采用抑菌圈法评估纳滤膜的抗菌性能㊂将O D600为0.1的大肠杆菌菌液稀释10倍后,取100μL大肠杆菌菌液,以涂布法接种于L B琼脂培养基上㊂然后将经紫外光照消毒过后的纳滤膜(直径1.5c m)放入固体培养基,并将培养基置于37ħ培养箱中培养12h,最后监测抑菌区是否存在㊂观察纳滤膜表面细菌黏附情况㊂将1c m2消毒灭菌后的纳滤膜置于大肠杆菌分散液中,在37ħ下培养24h㊂取出膜片,用0.01m o l/L P B S缓冲液漂洗3次后,浸入含体积分数为3%的戊二醛的P B S缓冲液中,4ħ下保持4h,使得大肠杆菌固定在纳滤膜表面㊂然后用去离子水冲洗纳滤膜3次,以除去多余的戊二醛㊂将纳滤膜在25ħ干燥24h,
205浙江理工大学学报(自然科学)2023年第49卷
然后通过S E M 观察表面细菌黏附情况㊂
2 结果与讨论
2.1 M P D -A g N
P s 的形成及化学组成的分析 采用紫外-可见光吸收光谱对形成的M P D -A g N P s 进行表征,结果如图2所示㊂M P D 溶液在
350~700n m 范围内均无紫外-可见光吸收峰,而含有A g N O 3
的M P D 溶液在476n m 处有一个明显的吸收峰(见图2(a )),该峰为A g N
P s 的特征吸收峰,证明M P D 诱导还原A g 离子形成A g N
P s [16
]㊂通过X P S 对M P D -A g N P s 进行表征,在A g 3
d 的高分辨分谱图中(图2(b ))可观察到结合能为367
e V
和373e V 的2个特征衍射峰,分别属于A g 3d 5/2
和A g 3d 3/2㊂2
个特征衍射峰的差值为6.0e V [17
],说明M P D -A g N P s 中A g 是以金属态形式存在,
M P D 还原A g 离子生成A g N
P s ㊂图2 M P D ㊁含A g N O 3
的M P D 溶液的紫外-可见光谱和M P D -A g N P s 的A g 3d X P S 谱图2.2 P A -A g N
P s 复合纳滤膜化学组成的分析 通过红外表征纳滤膜的化学组成,
结果如图3所示㊂由图3可知:在N F M -(0-3)的红外谱图中,均在1630c m -1处观察到酰胺的特征吸收峰,
说明P I P 和T M C 通过界面聚合形成了P A 分离层[1
8
];N F M -1㊁N F M -2和N F M -3的红外谱图中,在1542
c m -1处均发现属于伯胺的N H 特征吸收峰,P I P
分子中无伯胺基团,而M P D -A g N
P s 中含有伯胺基团,显示M P D -A g N
P s 与P A 膜表面的酰氯基团化学反应接枝在膜表面,以上结果表明本文成功制备了P A -A g N
P s 复合纳滤膜
㊂图3 N F M -(0-3
)的红外谱图2.3 P A -A g N
P s 复合纳滤膜表面形貌和表面元素的分析图4为N F M -0和N F M -2的S E M 表面形貌,
从图中可以看出:与N F M -0相比,N F M -2的表
面形貌未发生明显变化,均可观察到结节状突起结构,这是P I P 与T M C 形成P A 纳滤膜的典型形貌
㊂
图4 N F M -0与N F M -2的S E M 形貌
N F M -2的E D S 能谱图及A g 元素分布图结果如图5所示㊂N F M -2表面检测出A g 元素,再次证明M P D -A g N
P s 的成功接枝,同时可以观察到N F M -2膜表面较N F M -0粗糙(见图5(a )),一方面可能是由于M P D -A g N P s 的引入,另一方面可能是由于少量的M P D 参与界面聚合,
形成较为较大的突起结构㊂在图5(b )中可观察到A g 元素的均匀分布,说明制备的M P D -A g N P 分散性好,可较为均匀的负载在纳滤膜表面㊂
3
05第4期
李姝雨等:二次界面聚合法制备聚酰胺-银纳米粒子复合纳滤膜
2.4 P A -A g N
P s 复合纳滤膜化表面亲水性和荷电性的分析
本文进一步通过接触角测试对N F M -(0-3)
的表面亲水性进行表征,结果显示:N F M -(1-3
)的接触角较N F M -0略有增大(见图6),可能是由于M P D -
A g N
P s 的引入提高了纳滤膜表面粗糙度所引起[11
],表明N F M -(1-3)具有与N F M -0相近的亲水性㊂
对N F M -(1-3)的表面Z e t a 电位进行表征,
结果如图7所示㊂图7显示:N F M -(0-3
)均为荷负电纳滤膜,且N F M -(1-3)的表面电位较N F M -0低,P A 纳滤膜表面的负电荷主要来自表面酰氯水解后形成
的羧酸基团,M P D -A g N P s 的氨基与膜表面残留的酰氯基团发生反应,降低膜表面羧酸基团的数量,因
此N F M -(1-3)的表面电位低于N F M -0
㊂图5 N F M -2的E D S 能谱图和A g 元素的分布图
图6 N F M -(0-3
)的接触角图7 N F M -(0-3)的Z e t a 电位随p H 变化曲线
2.5 M P D -A g N
P s 质量分数对纳滤膜性能的影响 通过式(1) (2)
计算纳滤膜的水通量和N a 2S O 4
截留率,分析M P D -A g N P s 质量分数对纳滤膜性能的影响,结果如图8所示㊂N F M -0的水通
量为18.71L /(m 2
㊃h ),对N a 2S O 4
的截留率为97.65%㊂当表面接枝M P D -A g N
P s 时,随着M P D -A g N
P s 质量分数的提高,水通量呈先上升后下降的变化规律㊂尤其当M P D -A g N
P s 质量分数为0.02%时,纳滤膜的水通量略提升至21.11L /(m 2㊃h ),对N a 2S O 4的截留率为97.95%㊂进一步提高M P D -A g N
P s 质量分数至0.05%时,纳滤膜的水通量降低至13.68L /(m 2
㊃h
)㊂这一现象与文献报道的结果相一致[19-20
],可能的原因是随着
M P D -A g N
P s 质量分数的提高,纳滤膜表面负载更多的M P D -A g N
P s ,增加水的传质阻力,从而导致通量的降低㊂综合考虑纳滤膜的水通量和对
N a 2S O 4
的截留率,认为0.02%为M P D -A g N P s 最佳质量分数
㊂
图8 P A -A g N
P s 纳滤膜的纳滤性能随M P D -A g N
P s 含量变化的曲线N F M -0和N F M -2对4种无机盐的分离性能影
响的结果如图9所示㊂测试4种盐时,N F M -2的水
4
05浙江理工大学学报(自然科学)
2023年 第49卷
通量均略高于N F M -0,N F M -0和N F M -2对4种无
机盐截留率从大到小的顺序为:N a 2S O 4㊁M g S O 4
㊁M g C l 2㊁N
a C l (见图9(a )),为典型荷负电纳滤膜的截留规律[21
],与图7表面Z e t a 电位测试结果(
即N F M -0和N F M -2均为荷负电纳滤膜)
相一致㊂荷负电纳滤膜表面与二价阴离子S O 4
2-存在强静电排斥,因此N F M -2对N a 2S O 4和M g S O 4
截留率较高(见图9(b )),M g 2+
能够屏蔽一部分膜表面负电荷,
N a 2S O 4的截留率大于M g S O 4;M
g 2+
的离子半径大于C l -的离子半径[22
],N F M -2对M g C l 2
和N a C l 截留率相近,说明道南效应在N F M -2的分离中起到
主导作用[21
]㊂相比于N F M -0,N F M -2的水通量和
无机盐截留率均未有明显的降低,是M P D -A g N
P s 未对P A 分离层的结构产生明显影响,
且在膜表面具有良好的分散性,对水的传质阻力较小㊂
图9 N F M -0和N F M -2对不同无机盐的分离性能
将N F M -0和N F M -2浸泡在p H 值4的
N a C l O 水溶液中,浸泡不同时间后取出测试纳滤性能,结果如图10所示㊂N F M -0对N a 2S O 4的截留率由97.65%降低至61.26%㊂这主要是由于酸性
条件下,具有强氧化能力的次氯酸为主要的活性氯物种,次氯酸能够使P A 发生N -氯化反应,从而使得纳滤膜对N a 2S O 4
的截留率降低[23
]㊂随着浸泡时间的延长,N F M -2对N a 2S O 4的截留率略有下降㊂当浸泡时间为10h 时,N F M -2对N a 2S O 4
的截留率仍为91.2%㊂此外,由图10可观察到N F M -2的通量较N F M -0的通量变化较小㊂耐氯性能的提
高可能是因为表面化学键合的M P D -A g N P s 作为阻隔层保护了内部的P A 分离层㊂上述结果表明,
M P D -A g N
P s 的引入有利于纳滤膜耐氯性能的提高
㊂
图10 N F M -0和N F M -2耐氯性能
2.6 P A -A g N
P s 复合纳滤膜抗菌性能的表征 通过平板计数法评估N F M -2膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用,结果如图11所示㊂以未添加M P D -A g N
P s 的纳滤膜(N F M -0)作为对照组,通过式(3)计算杀菌率,N F M -2对大肠杆菌和金
黄色葡萄球菌的杀菌率分别为92.46%和84.35%,
杀菌性能较N F M -0有所提高(见图11)㊂N F M -2
膜的抗菌性能主要来自于分离层中嵌入的M P D -A g N P s ,N F M -2表面上的M P D -A g N
P s 能够释放A g 离子,
通过与细菌细胞蛋白结合,引起蛋白质变性,从而终止细菌的代谢和繁殖,实现有效
杀菌[
24
]㊂图11 N F M -2对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率
大肠杆菌在N F M -0周围生长良好,而N F M -2
周围出现抑菌圈(见图12(a )),通过S E M 观察浸泡在大肠杆菌溶液中纳滤膜的表面形貌(见图12
5
05第4期
李姝雨等:二次界面聚合法制备聚酰胺-银纳米粒子复合纳滤膜
(b )),N F M -0表面可观察到完整的大肠杆菌,N F M -2表面无完整的大肠杆菌且表面黏附的大肠
杆菌残余物明显减少(见图12(b )),说明N F M -2较
N F M -0具有更优异的抗菌抗黏附性能㊂
图12 N F M -0和N F M -2对大肠杆菌抑菌圈及浸泡在大肠杆菌溶液后膜表面的S E M 形貌
3 结 论
本文以常见的界面聚合单体M P D 为原料,还原A g 离子,获得具有可反应性的M P D -A g N
P s ㊂利用M P D -A g N
P s 表面氨基与P A 纳滤膜表面酰氯基团发生反应,通过简单易操作的二次界面聚合
法,制备了负载A g N P s 的抗菌P A -A g N P s 复合纳滤膜㊂主要结论如下:
a )通过紫外-可见光吸收光谱和X P S 表征证明
M P D 可还原A g 离子形成A g N
P s ㊂通过红外表征证明生成的M P D -A g N
P s 中氨基基团能与P A 纳滤膜表面的酰氯基团发生反应,M P D -A g N
P s 通过化学键负载在P A 纳滤膜表面,从而提高M P D -A g
N P s 的分布均匀性和稳定性㊂
b )M P D -A g N
P s 的引入对纳滤膜分离性能的提升作用并不明显㊂当M P D -A g N
P s 质量分数为0.02%时,所制备纳滤膜水通量由18.71L /(m 2
㊃h
)略提升至21.11L /(m 2
㊃h ),对N a 2S O 4
的截留率为97.95%㊂
c )N F M -2对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀
菌率分别为92.46%和84.35%㊂浸泡在大肠杆菌溶液后,N F M -2表面黏附的大肠杆菌残余物明显减少㊂说明该方法制备的纳滤膜具有比原始P A 纳滤膜N F M -0更高的抗菌性能和更优异的抗黏附性能㊂
参考文献:
[1
]彭华文,赵强.离子单体界面聚合制备纳滤膜的研究进展[J ].膜科学与技术,2021,41(6):213-225.
[2
]李清泉,谭惠芬,韩子龙,等.一种天然聚电解质制备荷正电纳滤膜的研究[J ].水处理技术,2023,49(2):30-34.
[3
]张思齐,马忠宝,任龙飞,等.聚酰胺纳滤膜对不同电性抗生素的去除及其机理研究[J ].水处理技术,2023,49(2):35-39.
[4
]王希,江志彬,洪鑫军,等.一种耐细菌黏附纳滤膜的制备及其性能研究[J ].膜科学与技术,2021,41(1):64-72.
[5]汪文华,雷彩虹,余媛,等.基于Z n 2+与M o 6+
共掺杂
T i O 2
复合粒子的抗菌P V D F 平板膜制备及其性能分析[J ].浙江理工大学学报,2022,47(4):524-532.
[6]P e n g S G ,C h e n Y M ,J i n X P ,e t a l .P o l y
i m i d e w i t h h a l f e n c a p s u l a t e d s i l v e r n a n o p a r t i c l e s g r a f t e d c e r a m i c c o m p o s i t e m e m b r a n e :E n h a n c e d s i l v e r s t a b i l i t y a
n d l a s t i n g a n t i -b i o f o u l i n g p
e r
f o r m a n c e [J ].J o u r n a l o f M e m b r a n e S c i e n c e ,2020,611(1):118340.
[7]Y a n g Z ,T a k a g i R ,Z h a n g X Y ,e t a l .E n g i n e e r i n g a
d u a l -f u n c t i o n a l
s u l f o n a t e d
p o l y e l e c t r o l y
t e -s i l v e r n a n o p a r t i c l e c o m p l e x o n a p o l y
a m i d e r e v e r s e o s m o s i s m e m
b r a n e f o r r o b u s t b i o f o u l i n g m i t i g
a t i o n [J ].J o u r n a l o f M e m
b r a n e S
c i e n c e ,2021,618(15):118757.
[8]P a r k S H ,K o Y S ,P a r k S J ,e t a l .I m m o b i l i z a t i o n o f
s i l v e r n a n o p a r t i c l e -d e c o r a t e d s i l i c a p a r t i c l e s o n p o l y
a m i d e t h i n f i l m c o m p
o s i t e m e m b r a n e s f o r a n t i b a c t e r i a l p r o p
e r t i e s [J ].J o u r n a l o
f M e m b r a n e S c i e n c e ,2016,499(1):80-91.[9]Y i M ,L i u Y F ,Z h u T Y ,e t a l .I n -s i t u s i l v e r r e c o v e r y
f o r b i o f o u l i n g
m i t i g
a t i o n w i t h c a t e c h o l -a s s i s t e d n a n o f i l t r a t i o n m e m
b r a n e [J ].D e s a l i n a t i o n ,2023,547
(1):116233.
[10]G u o Q Q ,L i J G ,C h e n T K ,e t a l .A n t i m i c r o b i a l t h i n -f i l m c o m p o s i t e m e m b r a n e s w i t h c h e m i c a l l y d
e c o r a t e d u l t r a s m a l l s i l v e r n a n o c l u s t e r s [J ],A C S S u s t a i n a b l e
C h e m i s t r y &E n g i n e e r i n g ,2019,7(17):14848-14855.[11]H u o H Q ,M i Y F ,Y a n g X ,e t a l .P o l y
a m i d e t h i n f i l m n a n o c o m p o s i t e m e m
b r a n e s w i t h i n -s i t u i n t e g
r a t i o n o f m u l t i p l e f u n c t i o n a l n a n o p a r t i c l e s f o r h i g
h p e r f o r m a n c e r e v e r s e o s m o s i s [J ].J o u r n a l o f M e m b r a n e S c i e n c e
,2023,669(5):121311.
[12
]秘一芳,安全福.界面聚合聚酰胺纳滤膜渗透选择性能优化的研究进展[J ].化工进展,2020,39(6):2093-
2104.
[13]X i a o H F ,C h u C H ,X u W T ,e t a l .A m p
h i b i a n -i n s p i r e d a m i n o a c i d i o n i c l i q
u i d f u n c t i o n a l i z e d n a n o f i l t r a t i o n m e m b r a n e s w i t h h i g h w a t e r p e r m e a b i l i t y
6
05浙江理工大学学报(自然科学)
2023年 第49卷
a n d i o n s e l e c t i v i t y f o r p i g m e n t w a s t e w a t e r t r e a t m e n t [J].J o u r n a l o f M e m
b r a n e S
c i e n c e,2019,586(15):44-52.
[14]T i a n J,L u o Y,L i H,e t a l.A g@p o l y (m p h e n y l e n e d i a m i n e)-A g c o r e-s h e l l n a n o p a r t i c l e s: O n e-s t e p p r e p a r a t i o n,c h a r a c t e r i z a t i o n,a n d t h e i r a p p l i c a t i o n f o r H2O2d e t e c t i o n[J].C a t a l y s i s S c i e n c e& T e c h n o l o g y,2011,1(8):1393-1398. [15]Z h a n g Y,W a n g L,T i a n J,e t a l.A g@p o l y(m-p h e n y l e n e d i a m i n e)c o r e-s h e l l n a n o p a r t i c l e s f o r h i g h l y s e l e c t i v e,m u l t i p l e x n u c l e i c a c i d d e t e c t i o n[J]. L a n g m u i r,2011,27(6):2170-2175.
[16]J e o n S K,L e e J H.R a t i o n a l l y d e s i g n e d i n-s i t u
f a b r i c a t i o n o f t h i n f i l m n a n o c o m p o s i t e m e m b r a n e s w i t h e n h a n c e d d e s a l i n a t i o n a n d a n t i-b i o f o u l i n
g p e r f o r m a n c e [J].J o u r n a l o f M e m b r a n e S c i e n c e,2020,615(1): 118542.
[17]R a y P G,B i s w a s S,R o y T,e t a l.S o n i c a t i o n a s s i s t e d
h i e r a r c h i c a l d e c o r a t i o n o f A g-N P o n z i n c o x i d e n a n o f l o w e r i m p r e g n a t e d e g g s h e l l m e m b r a n e:e v a l u a t i o n o f a n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y a n d i n-v i t r o c y t o c o m p a t i b i l i t y [J].A C S S u s t a i n a b l e C h e m i s t r y&E n g i n e e r i n g, 2019,7(16):13717-13733.
[18]F a n g W X,S h i L,W a n g R.M i x e d p o l y a m i d e-b a s e d
c o m p o s i t e n a n o f i l t r a t i o n h o l l o w f i b e r m e m b r a n e s w i t h i m p r o v e
d l o w-p r
e s s u r e w a t e r s o
f t e n i n
g c a p a b i l i t y[J].
J o u r n a l o f M e m b r a n e S c i e n c e,2014,468(15):52-61.
[19]Z h a n g W T,G u o D X,L i Z W,e t a l.A n e w s t r a t e g y t o a c c e l e r a t e c o-d e p o s i t i o n o f p l a n t p o l y p h e n o l a n d a m i n e f o r f a b r i c a t i o n o f a n t i b a c t e r i a l n a n o f i l t r a t i o n m e m b r a n e s b y i n-s i t u g r o w n A g n a n o p a r t i c l e s[J]. S e p a r a t i o n a n d P u r i f i c a t i o n T e c h n o l o g y,2022,280(1): 119866.
[20]Y i M,T i a n L,L i u Y F,e t a l.T h i n-f i l m c o m p o s i t e p o l y a m i d e m e m b r a n e s w i t h i n s i t u a t t a c h e d A g n a n o p a r t i c l e s f o r f o u l i n g-m i t i g a t e d w a s t e w a t e r t r e a t m e n t[J].A C S E S T W a t e r,2021,1(18):1901-1910.
[21]谢艳新,杨倩,王辉,等.荷负电分离膜的研究进展[J].印染助剂,2019,36(11):6-11.
[22]T r i v e d i J S,B h a l a n i D V,B h a d u G R,e t a l. M u l t i f u n c t i o n a l a m i n e s e n a b l e t h e f o r m a t i o n o f p o l y a m i d e n a n o f i l m c o m p o s i t e u l t r a f i l t r a t i o n a n d n a n o f i l t r a t i o n m e m b r a n e s w i t h m o d u l a t e d c h a r g e a n d p e r f o r m a n c e[J].J o u r n a l o f M a t e r i a l C h e m i s t r y A, 2018,6:20242-20253.
[23]李梦菲,杨少霞,杨宏伟,等.哌嗪聚酰胺纳滤膜的氯氧化特性及机理[J].膜科学与技术,2023,43(1):27-36.
[24]包诗玉,孙昊宇,龙茜,等.银系抗菌剂与有机抗菌剂对大肠杆菌的联合毒性效应[J].环境化学,2022,41 (3):871-882.
(责任编辑:廖乾生)
705
第4期李姝雨等:二次界面聚合法制备聚酰胺-银纳米粒子复合纳滤膜。