抗生物污染性反滲透膜的制備及應(yīng)用

抗生物污染性反滲透膜的制備及應(yīng)用

缺乏淡水資源。快速工業(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(shù)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(wú)法長(zhǎng)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(yáng)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(yīng)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(guān)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(xiàng)可控的操作方法，可將聚合物或低聚物鏈以共價(jià)鍵結(jié)合到膜表面，并且能控制聚合反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)特定的鏈長(zhǎng)及復(fù)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(guān)于si-ATRP相關(guān)研究近年來(lái)層出不窮，但不能否認(rèn)其依然存在著不足。首先，活性官能團(tuán)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(zhǎng)期使用的過(guò)程中存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。其次，通過(guò)siATRP方式產(chǎn)生的改性涂層并不穩(wěn)定，在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)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(fù)雜苛刻，很難做到大規(guī)模工業(yè)運(yùn)用，使改性膜只能停留在實(shí)驗(yàn)室階段。所以，如何使用更簡(jiǎn)便的方法將兩性離子引入改性膜的同時(shí)，保持膜長(zhǎng)久的抗污染性能，是兩性離子在反滲透膜領(lǐng)域運(yùn)用中所面臨的最大挑戰(zhàn)。聚多巴胺是一種具有超強(qiáng)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(tuán)，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(yīng)關(guān)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?yàn)樾滦蛢尚噪x子聚合物的合成困難，而對(duì)于已有的兩性離子大多需要額外引入活性官能團(tuán)才能與聚多巴胺形成共價(jià)鍵。一般而言，活性官能團(tuán)引入兩性離子聚合物上的手段復(fù)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(huì)造成反滲透膜原有通量的下降。因此，對(duì)于新型兩性離子的研究重點(diǎn)依舊集中在如何使合成手段更加簡(jiǎn)易低廉。同時(shí)，摒棄一般的聚酰胺反滲透膜，研究出具有更多活性官能團(tuán)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(lái)的一個(gè)研究方向。除了將兩性離子聚合物引入活性層形成共價(jià)鍵以外，研究者還嘗試在界面聚合的過(guò)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(xué)性能及對(duì)蛋白質(zhì)吸附較高的抗性，成為醫(yī)藥等領(lǐng)域抗污染材料的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，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(duì)膜進(jìn)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(yīng)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(xué)性質(zhì)等由于兩性離子聚合物引入反滲透膜領(lǐng)域的研究起步較晚，目前對(duì)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(jī)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(yīng)用于反滲透膜的制備中。同時(shí)，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(guò)程中的有機(jī)相/水相中。深入研究改性膜的抗污染機(jī)理，為改性膜長(zhǎng)久穩(wěn)定的抗污染性，以及兩性離子在反滲透膜中的運(yùn)用提供牢固的理論基礎(chǔ)，也能為未來(lái)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(yīng)用現(xiàn)狀從現(xiàn)階段的研究來(lái)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(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚，關(guān)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(jià)格昂貴，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。(2）目前所使用的商業(yè)反滲透膜無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的反應(yīng)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(shí)驗(yàn)室。(3）兩性離子聚合物與反滲透膜之間的作用機(jī)理研究較少，改性膜的抗污染性能無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定存在。而且微生物容易對(duì)改性膜產(chǎn)生抗性，導(dǎo)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(duì)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(duì)的情況較為單一。實(shí)際廢水所含污染物復(fù)