关键词： 聚酰胺复合正渗透膜   表面改性   氧化石墨烯   有机污染  

摘要： 利用化学偶联的方式将氧化石墨烯(GO)接枝到聚酰胺复合正渗透(TFC-FO)膜表面,成功制备出一种新型GO改性TFC-FO膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪、傅里叶变换红外光谱仪(AIR-FTIR)和固体表面Zeta电位分析仪等表征手段,证明GO成功接枝到膜表面,并通过接枝改性降低了膜面粗糙度,增加了亲水性,并增强了荷负电性.然后,采用去离子水和4 mol/L氯化钠溶液作为进料液和汲取液,进行清水渗透实验,同时选取200 mg/L海藻酸钠为特征污染物进行污染实验.渗透和污染实验结果表明,与未改性的TFC-FO膜相比,GO接枝处理使得改性TFC-FO膜的选择性和抗有机污染能力增强,且在长期污染实验中显示出明显的优势.膜表面污染层的SEM和激光共聚焦显微镜(CLSM)表征结果进一步验证了GO接枝改性确实提升了TFC-FO膜的抗有机污染性能.本研究为TFC-FO膜通过表面改性提升抗有机污染能力提供了一个新思路.

关键词： 建筑环保保温涂层   材料   应用效果  

摘要： 建筑环境中抗污耐划消光涂层在建筑表面温度变化减缓方面可以起到非常关键的效果,是为满足节能环保产品需求和提高建筑节能效益的重大研发成果与应用技术,在新时代中对建材行业的发展有着非常积极的意义。论文中对中国建筑领域环保节能防火涂料的研发和使用情况进行了解析。同时综述了聚乙烯蜡的特点;对聚乙烯蜡装饰涂层领域的应用情况进行介绍,表明聚乙烯蜡作为应用前景广阔的有机中间体,可以应用于不同领域。

关键词： UV硬化涂料   附着力   硬度   耐污   耐磨   辐照能量  

摘要： 选用20份2官能聚氨酯丙烯酸酯、10份15官能聚氨酯丙烯酸酯平衡体系的强度及韧性,3份丙烯酸羟乙酯、12份丙烯酸异冰片酯和5份双季戊四醇六丙烯酸酯作为活性单体对涂层硬度和附着力进行辅助调节,30份乙酸乙酯、20份醋酸丁酯作为溶剂优化涂液施工性,1份流平剂BYK333优化耐污性,外加4%的硫醇PE1抗氧阻聚以优化涂层表面,制备了一种UV硬化涂料,并对涂料的附着力、硬度和耐污性等进行了研究。研究结果表明:该涂料可直接在PET表面涂布,不需要另外对PET做底涂处理;固化后的涂层有良好的附着力,百格测试为5B;同时具有较高的硬度,可达到3~4H;耐污性好,涂写测试20次以上;耐磨性好,钢丝绒磨800次以上。该涂料黏度低,需要的固化辐照能量低,便于施工,成膜表面爽滑平整。

关键词： 膜污染   膜材料   膜改性   水处理  

摘要： 回顾了近年来出现的新型抗污染膜材料,包括碳纳米管、水通道蛋白、氧化石墨烯、聚多巴胺、银纳米颗粒和单宁酸-铁等。分析了这些材料的特性、作用原理、改性效果及优缺点,表明这些材料对提高膜通量、增强膜的抗污染能力以及去除目标污染物等方面各具优势。其中单宁酸-铁改性膜工艺由于具有简单、快速、经济、高效、稳定等优点,具有较高的市场应用前景。认为在实际水处理应用中,通常需要兼顾多个目标,比如提高水通量、去除有机物、抗生物污染等。而单一材料改性往往不能达到满意的效果,多种材料混合改性,是值得关注的一个重要方向。

关键词： 废水处理   生物催化膜   多酚表面化学   分离效能  

摘要： 水资源短缺和水环境污染是限制我国生态文明建设的突出瓶颈，因此亟需加大再生水净化技术的研究，以实现污水资源化利用。膜分离技术因其易于操作维护、无二次污染等特点被广泛应用于饮用水净化和再生水回用领域。目前在实际使用中，传统膜材料易污染，难以去除小分子量微污染物，且受制于渗透性和选择性之间的trade-off效应，导致能耗成本高，分离效率低，限制了膜技术的应用。因此，亟需开发制备满足特定分离需求的高性能分离膜。本课题以分离膜界面功能化调控为导向，采取基于多酚的表面改性策略，通过提高膜表面亲水性和抗菌性改善其抗污染性能，调控膜孔径及荷电结构、增加催化功能进一步提升分离精度和分离效率。　　针对传统分离膜在使用过程中易污染的问题，采用多酚胺作为媒介层，在膜表面通过二次修饰的方式接枝了具有高亲水外腔的环糊精分子，利用其外部丰富的羟基结构在膜表面形成水化层，使其对靠近的有机污染物具有“污染抵御”作用，膜的静态蛋白吸附和动态有机污染程度均显著减轻;同时通过环糊精主客体组装作用引入了具有杀菌作用的功能性分子，抗菌实验表明得到了兼具抗微生物粘附和细菌灭活（“污染攻击”）功能的膜材料。复合动态污染测试显示改性膜的通量损失比原膜低31%，膜上总有机碳和生物量附着均显著降低，有效地抑制了生物膜的形成。提出了基于抑制细菌繁殖而非破坏细胞膜的抗菌机制，为膜污染的控制提供了更佳选择。提供了一种基于多酚的双功能化膜表面改性策略，同时改善了膜表面的抗有机和抗生物污染性能，为膜在处理实际复杂受污染水体中的应用和污染控制提供了新的理论基础。　　为提升传统分离膜对大分子有机物的选择性和分离效率，基于多酚膜表面改性策略设计并构建了具有双电荷夹层分离结构的节能型低压膜分离过程。在传统多酚沉积技术的基础上，发展了多酚快速及共沉积技术，一方面有效改善了沉积涂覆的稳定性和均匀性，另一方面在膜表面构造了带不同电荷的功能层，从而制备了具有“三明治”交替荷电结构的复合膜。通过调节多酚沉积体系组分和沉积时间，实现了对膜表面荷电结构的调控，进而优化了膜对带不同电荷有机物分子的分离效能，提出了基于唐南排斥和微电场协同作用的高效分离机制。此外，多酚快速沉积过程引入了大量羧基和氨基，形成了具有高亲水性的疏松表面结构，所开发的双电荷结构复合膜可在低驱动压力下获得较高的纯水通量。相较于传统 NF 膜，这种双电荷结构的疏松纳滤膜在低压（1.5 bar）下对不同电性的染料分子达到90%以上的去除率，可实现在较低的能源消耗下对荷电分子的高效分离，对条件受限地区的废水处理有一定的应用潜能。　　为进一步提高低压分离膜对小分子量微污染物的去除效能，基于多酚诱导原位仿生矿化法，设计并制备了集成吸附、酶催化和物理截留功能的生物催化复合膜。以超滤膜为基底，采用多酚胺／聚乙烯亚胺共沉积技术在膜表面构建媒介层，通过条件温和的原位仿生矿化法在膜表面形成均匀、连续的 MOF-酶催化功能层。基于吸附、催化氧化和膜截留的协同作用机理，生物催化膜在连续流模式下对双酚 A的去除率达 98%。MOFs的纳米多孔结构有利于 BPA分子在酶活性中心附近的吸附和富集，为酶促催化氧化反应提供了限域微环境，从而提高了生物催化膜的催化效率。同时金属有机框架为高效生物酶提供了刚性、连续的保护壳，在循环使用 5 次后生物催化膜仍能保持其原始活性的 92%，有效提高了膜的可重复使用性和稳定性。本研究突破了传统低压分离膜对微污染物去除效果差的瓶颈，解决了传统生物催化膜稳定性不佳的问题，为实现膜分离低压下高效去除微污染物提供了新途径。

关键词： 正渗透膜   模拟城市污水   膜污染控制   表面改性   单宁酸   纳米银  

摘要： 当今全球淡水资源供应紧张与人口快速增长的矛盾日益加剧,从城市污水中回收纯净水、营养物质和能源对于解决可持续发展问题至关重要。近年来,正渗透(FO)作为一种新兴的膜分离技术在污水资源化处理领域展现出独特的优势。然而,在实际污水处理中,膜污染现象严重地限制了分离过程中的正渗透膜性能,是影响正渗透膜技术进一步应用和发展的关键问题。因此,本研究以正渗透膜活性层表面功能化为出发点,在三醋酸纤维素(CTA)正渗透膜表面构建单宁酸/二乙烯三胺-银纳米粒子(TA/DETA-Ag)复合涂层,从抗粘附防御和主动抗菌两个层面综合提升膜表面的抗污染能力,并考察改性膜长期稳定处理城市污水的可行性,探究改性膜的抗污染机理,以期为正渗透膜污染的控制提供一种环境友好、可操作性强的策略。(1)在不同的TA/DETA共沉积时间(6 h、12 h和24 h)下对CTA膜活性层表面进行涂覆改性,并利用TA/DETA涂层的还原性原位生成银纳米粒子(Ag NPs)。改性前后CTA膜的表面形貌和元素组成表征结果证实,TA/DETA涂层成功地沉积在CTA膜表面上,并原位还原出银纳米颗粒。随着TA/DETA共沉积时间的增加和Ag NPs的生成,改性CTA膜表面的亲水性呈现增强的趋势。改性前后CTA膜的传质系数和结构参数无明显变化,表明TA/DETA和TA/DETA-Ag涂层对膜传质性能和支撑层未造成显著影响。在静态抗生物污染实验中,TA/DETA(24)-Ag CTA膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为98.23%和99.83%,展现出优异的抗细菌粘附和抑菌能力。同时,该改性涂层具有较好的物理稳定性和化学稳定性。(2)为进一步探究改性CTA膜在实际运行过程中的抗污染性能,采用模拟城市污水和模拟海水为原料液和汲取液运行14天。运行结束时,TA/DETA(24)-Ag CTA膜的通量下降率为36.68%,与原始CTA膜相比提高了14.32%。同时,原始CTA膜和改性CTA膜均展现出较高的污染物截留效率。对膜表面污染层的分析表明,与原始CTA膜相比,TA/DETA改性CTA膜的抗污染性能略有改善,原位生成Ag NPs后,改性膜的抗污染性能明显提升,且TA/DETA(24)-Ag CTA膜污染层中有机污染物和微生物最少,该膜表现出高效膜污染控制能力。经水力清洗和渗透反洗后发现,TA/DETA(24)-Ag CTA膜的总污染阻力最低(3.08×10 m)且水通量恢复率最高(76.33%)。

关键词： 生物污损   防污   贻贝粘附蛋白   表面改性   聚二甲基硅氧烷  

摘要： 贻贝是我国海域的典型污损生物,其通过分泌粘附蛋白在船舶及各种海下设施及上附着,引起设施腐蚀和船舶燃油消耗增加。研究贻贝粘附蛋白与各种材料表面之间的粘附作用,并探究贻贝足蛋白具有强粘附作用的原因,设计出具有防污能力的材料是很必要的。本文以三种贻贝足粘附蛋白Mefp-3、Mfp-5、Mefp-5为研究对象,通过原子力力谱对比研究了三种蛋白多巴化修饰前后与不同基材的粘附力大小,利用石英晶体微天平（QCM-D）分析粘附蛋白在不同界面的吸脱附过程,通过硅烷偶联剂在聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面修饰两性离子、季铵盐、全氟官能团来制备抗粘附材料,对其抗菌、抗藻与抗贻贝蛋白粘附性能进行评估。研究利用酪氨酸酶对Mefp-3、Mfp-5、Mefp-5三种贻贝粘附蛋白进行多巴化氧化,对氧化后的蛋白进行紫外光谱测定以表征多巴化程度,结果表明粘附蛋白在经过12 h氧化后的多巴化程度达到57%以上。将多巴化前后蛋白修饰到原子力探针表面,利用上述探针测试蛋白与不同界面的粘附力大小,所有蛋白在云母上的粘附力均大于在硅片上的粘附力;经过多巴化后蛋白粘附力均有所增加,其中Mfp-5多巴化蛋白在云母片上的粘附力提升幅度最大,由15 n N提升至70 n N。通过QCM-D对多巴化前后贻贝蛋白进行吸脱附实验,多巴化蛋白的吸附频率大幅度增加,对吸附频率进行拟合获得芯片单位面积蛋白吸附质量,其中Mfp-5蛋白经多巴化后在金芯片表面的吸附质量由144 ng/cm提升至753 ng/cm,吸附质量提升5倍,并且经过多巴化蛋白的脱附量低。多巴化后的蛋白在芯片表面的吸附由简单的刚性吸附变为复杂的柔性吸附。通过迈克尔加成反应合成了具有不同官能团的巯基化合物,再利用巯基在金芯片表面分别构筑了亲水的两性离子（磺基甜菜碱）与羟基表面,表面带正电的季铵盐与低表面能的全氟表面。通过QCM-D探究了Mfp-5多巴化蛋白在不同表面改性芯片的吸附与脱附情况。研究发现亲水类官能团由于可以在芯片表面形成致密的水合层,故蛋白吸附量最低,季铵盐阳离子由于表面带有与蛋白质相同电荷故也具有一定抗蛋白吸附能力,全氟表面蛋白吸附量较大,而脱附实验结果表明经过全氟修饰的低表面能芯片（表面能20.76 m N/m）对蛋白的脱污能力较强,经过冲洗后表面蛋白吸附频率由26 Hz降至15Hz,蛋白脱附率达到42%。但经过亲水官能团修饰的芯片表面蛋白脱附量较低。利用等离子表面处理仪对PDMS材料表面进行活化,再通过硅烷偶联剂在活化材料表面修饰了两性离子（磺基甜菜碱）、季铵盐、全氟官能团,分别制备了具有亲水性、表面带正电与低表面能的PDMS防污材料。通过X射线光电子能谱、扫描电子显微镜等表征材料表面元素组成及形貌,并探究不同表面修饰PDMS的防污性能。结果表明经过两性离子表面修饰的PDMS防污材料具有最强的防污性能,对双眉藻的附着抑制率与大肠杆菌的抗菌率均达到90%以上,并且Mfp-5蛋白吸附抑制率也达到80%以上,季铵盐表面修饰的PDMS具有能破坏细胞结构的正电荷,对金黄色葡萄球菌与大肠杆菌的抗菌率均达到80%以上。研究发现以两性离子为代表的亲水性材料具有优异的抗蛋白吸附与防污性能。

关键词： 电化学传感器   铜绿假单胞菌   铵离子选择性电极   氨氮   MXene(Ti3C2Tx)   生物污染  

摘要： 氨氮浓度的实时在线监测在污水处理和水质污染方面具有预警指示作用,铵离子选择性电极是所有氨氮监测方法中最容易实现这一效果的。然而,在实际应用中,铵离子选择性电极会遇到生物污染问题,这可能会缩短传感器的使用寿命,并导致测量误差。在此课题中,提出了一种基于Ag NPs@MXene表面改性铵离子选择性膜,赋予铵离子选择性电极抗生物污染性能。利用亲水聚多巴胺将无菌抗菌离子Ag NPs@MXene修饰于铵离子选择性电极表面,通过增加膜表面亲水性,降低表面粗糙度及释放抗菌粒子实现了铵离子选择性电极抗生物污染问题。经过表面改性制得的Ag NPs@MXene/PDA/NH-ISEs在10～10 M内能斯特响应良好,其响应斜率为54.01 m V/dec,检测下限可达10 M,满足污水环境中的氨氮检测范围。经对比发现其对Na和K选择性系数也优于商用电极,检测过程不受水中常见无机盐离子的干扰。与未改性NH-ISEs对比发现,Ag NPs@MXene/PDA/NH-ISEs对金黄葡萄球菌的抑菌率可达76.8%,对铜绿假单胞菌的抑菌率可达97.9%,使用寿命可长达十天以上,优于未改性的NH-ISEs。微生物的大肆繁殖不仅会造成生物污染问题,影响一些传感器传感性能,其对人体的感染危害研究也一直备受关注。铜绿假单胞菌作为一种耐药菌,广泛分布于各种水体环境中。这种细菌会对一些免疫力低下人群、重症监护病房患者和囊性纤维化(CF)患者产生致命的细菌感染。绿脓菌素是铜绿假单胞菌特异性分泌的一种可发生氧化还原反应的生物分子,在生物膜形成过程中起着重要作用。通过间接监测绿脓菌素可用于分析生物膜的生长同时也可及时反映铜绿假单胞菌的感染情况。在本研究中合成了一种新型电化学传感材料Co TAPc-MXene,将其修饰于玻碳电极表面构建了一种新型绿脓菌素电化学传感平台Co TAPc-MXene/GCE。研究发现Co TAPc-MXene/GCE对绿脓菌素检测性能良好,具有较宽的线性检测范围,在0.1-200μM范围呈线性相关(R=0.9981),传感器的灵敏度为0.4793μA·μM,检出限可达39 n M(S/N=3)。Co TAPc-MXene新型复合材料良好的电化学催化活性,为实现原位监测绿脓菌素和铜绿假单胞菌生物污染及时预警提供了可能。

关键词： 海水提铀   吸附   铀酰离子   汉麻纤维   防污损  

摘要： 核能作为一种清洁能源是缓解能源缺口和碳排放问题的有效办法之一。铀作为核能的主要燃料,且海洋中铀资源丰富,使用吸附材料从海洋中提取铀是替代陆地上分布不均匀、储量稀少和在百年内耗尽的铀矿的不二选择。但海水提铀面临着铀浓度极低(≈3.3μg·L)、干扰离子种类多、生物污损等问题。因此,本论文设计合成一系列具有抗海洋污损生物粘附,且对铀酰离子具有特异性吸附的材料。选用柔韧性强、物理化学稳定性良好,并且表面富含大量活性羟基的天然植物纤维——汉麻纤维(HFs)为基础材料,通过聚多巴胺微球(MPDA)、聚乙烯亚胺(PEI)与聚多巴胺(PDA)、偕胺肟(AO)与磺基甜菜碱两性离子(SB)、聚磷酸乙烯酯(VPA)与2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱(MPC)改性制备一系列的抗污损型HFMPDA、HFPP、HFAS和HFHPC铀吸附材料。研究其铀吸附选择性和抗海洋生物污损性能等,具体研究内容如下:1、制备了具有自粘附特性的聚多巴胺微球(MPDA),并负载在HFs表面得到铀吸附材料HFMPDA。离子竞争实验结果表明,HFMPDA对UO表现出优异的吸附选择性,其K值可达10.51±0.51 L·g。与天然汉麻纤维相比,HFMPDA因为MPDA而表现出明显的抗生物污损性能。在模拟海水、小新月菱形藻、三角褐指藻和双眉藻的铀加标溶液中进行吸附,HFMPDA的铀吸附容量分别为1873.93±29.14、1643.80±68.23、1750.03±30.55和1565.83±86.23μg·g。密度泛函理论(DFT)计算结果表明,HFMPDA中的邻苯二酚结构是主要的吸附位点,并以η配位方式与UO形成稳定结构。2、通过两步法,使用具有特异性捕获铀能力的聚乙烯亚胺(PEI)改性HFs,制备了铀吸附材料HFPEI;再以Cu SO/HO为催化剂,在HFPEI表面聚合一层PDA,制得了铀吸附材料HFPP,以进一步提高HFs吸附材料对UO的选择性和抗生物污损性能。吸附结果表明,HFPP的K值提升至11.13±0.52 L·g,这归因于PEI和PDA对UO均具有吸附选择性。PDA的固有抗污损性可使HFPP具备更优异的抗生物污损性能。在四种铀加标溶液中进行吸附,HFPP的铀吸附容量分别为1954.07±12.15、1756.27±76.08、1742.03±69.04和1676.83±86.56μg·g。结合XPS表征和DFT计算结果,HFPP主要利用PEI层中的氨基和PDA层中的邻苯二酚结构进行铀吸附。3、在HFs表面接枝丙烯腈,经偕胺肟化后,制得了偕胺肟(AO)改性汉麻纤维铀吸附材料HFAO;并进一步在HFAO表面接枝磺基甜菜碱两性离子(SB)侧链,制备HFAS铀吸附材料,以避免吸附材料对周围海洋初级污损生物造成的生长抑制作用。引入的两性离子侧链通过静电相互作用,在材料表面形成水化层,通过防附着的方式赋予HFAS材料更为优异的抗污损性能。采用分子动力学模拟构建模型,研究模型中AO基团周围水分子的分布情况。HFAS上的AO基团提高了材料的选择性,其K值为8.19±2.62 L·g。在四种铀加标溶液中进行吸附,HFAS的铀吸附容量分别为2064.33±43.25、1819.23±49.67、2024.90±53.08和1887.27±58.77μg·g。XPS表征和DFT计算结果表明,AO基中的氨基和肟基均可以与UO发生配位,并形成稳定的配位结构,溶液中的水分子可以直接参与配位,也能以氢键的方式稳定配位结构。4、在HFs表面聚合丙烯酸-2-羟乙酯侧链,侧链中富含的羟基可作为后续反应的活性位点。通过铈离子引发聚合,在侧链上共聚磷酸乙烯酯(VPA)和2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱(MPC),制备了铀吸附材料HFHPC,以解决磺基甜菜碱两性离子侧链只能使HFs材料具备抗生物污损性能的局限。VPA可为HFs提供充足的UO吸附位点;MPC不仅为材料提供抗生物污损性能,且其中的磷酸酯基也对UO具有吸附性能。基于HFHPC中VPA和MPC对UO的选择性,HFHPC的K值可达14.41±1.89 L·g。在四种铀加标溶液中进行吸附,HFHFPC的铀吸附容量分别为2293.38±17.12、2196.28±23.28、2194.30±17.58和2144.27±71.50μg·g。结合XPS表征和DFT计算结果,HFHPC中的磷酸基或磷酸酯基以η或η形式与UO配位,并形成稳定的配位结构。