超濾膜的仿生構(gòu)建及抗污染機(jī)理的分子水平探索.pdf

1、膜污染是制約聚合物分離膜高效和廣泛應(yīng)用的瓶頸。揭示膜抗污染機(jī)理并開發(fā)抑制膜污染的方法已成為膜分離領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題之一?；谏飭⒌蟻碇苽涔δ懿牧虾蛯?shí)施過程強(qiáng)化已成為材料科學(xué)和過程工程領(lǐng)域的新策略和新方法。本論文以解決聚合物分離膜在生物分離中的污染為主要目標(biāo),基于對生物細(xì)胞膜組成、結(jié)構(gòu)和性能的認(rèn)識,理性設(shè)計(jì)改性基團(tuán)(兩親嵌段型和兩性離子型聚合物)及成膜方法(自組裝),實(shí)現(xiàn)抗污染分離膜的仿生構(gòu)建。
　　 從分子設(shè)計(jì)出發(fā),以聚醚砜(

2、PES)為主體膜材料,采用源頭設(shè)計(jì)膜材料的方法,通過化學(xué)改性,在保持PES優(yōu)異的成膜性能和良好物化穩(wěn)定性的同時(shí),賦予其良好的親水性和優(yōu)異的生物相容性?；趯?xì)胞膜結(jié)構(gòu)(親疏水鑲嵌)的模擬,將聚乙二醇(PEG)接枝在PES主鏈上,制備兩親嵌段共聚物pegylated PES。基于對細(xì)胞膜化學(xué)組成(磷脂兩性基團(tuán))的模擬,擺脫了膜表面改性的傳統(tǒng)模式,制備了同時(shí)帶有正負(fù)電荷的叔胺接枝PES(TA-PES),實(shí)現(xiàn)了膜材料本身的兩性離子化。在此基礎(chǔ)

3、上,通過相轉(zhuǎn)化法和溶劑誘導(dǎo)自組裝方法制備超濾膜。研究發(fā)現(xiàn):以改性PES為膜材料或膜材料組成部分,能夠顯著提高成膜的親水性。接枝的親水基團(tuán)可以在膜表面與水產(chǎn)生強(qiáng)相互作用,形成水化層,阻止蛋白質(zhì)在膜表面的吸附和沉積。超濾結(jié)果表明,改性膜抗污染能力顯著提高,膜重復(fù)使用性能增強(qiáng)。
　　 氨基酸是天然的兩性物質(zhì)。選擇氨基酸作膜表面改性劑,利用氨基與聚丙烯腈(PAN)水解膜表面羧基的反應(yīng),將賴氨酸(Lys)、甘氨酸(Gly)及絲氨酸(Ser

4、)接枝在PAN水解膜表面,重點(diǎn)研究接枝三種不同的氨基酸后PAN膜的抗蛋白質(zhì)污染性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn):親水性相似的氨基酸抗污染性能上可能存在較大差異,膜表面氨基酸的荷電性決定其抗污染性能。分子模擬證明PAN-Lys膜表面水分子間存在的強(qiáng)氫鍵在抗污染中起關(guān)鍵作用。
　　 以和頻光譜(SFG)和X射線光電子能譜(XPS)為主要研究手段,分析了聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(Pluronic)兩親嵌段共聚物和兩性離子聚合物改性薄膜分別在空氣相和