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膜分离设备是靠什么来净化水质的?
浏览次数:56发布时间:2019-04-28 14:39:03 文章来源:

膜分离设备通常被用于分离和过滤物质,但是也兼有净化水质的功能,那么什么样的膜能够净化水质,其原理又是什么,今天就来为你解答!

近日, 印度理工学院班加罗尔分校(Indian Institute of Science (IISc),Bangalore)的研究人员开发出了一种含有铜离子水过滤膜的膜分离设备, 使饮用水更加安全。其研究成果发表于杂志Nanoscale。


合成过程

由 IISc 材料工程系的Suryasarathi Bose教授领导的研究小组将表面选择性的氧化铜-聚磷酸酯(CuO-PPE)杂化凝胶接枝到聚偏氟乙烯-苯乙烯-马来酐(PVDF/SMA)超滤膜分离设备上。杂化凝胶由PPE和CuO组成,天生具有抗污和抗菌性能,用大分子引发剂PEG交联,随后用炔烃加成反应(alkyne-addition reaction)接枝到PVDF/SMA上。

尽管氧化铜是一种杰出的抗菌剂, 但如果水中铜的浓度超过 1.3 ppm 时(WHO标准), 则是有毒的。因此, 研究人员用生物相容性聚合物 (聚磷酸酯,PPE) 和氧化铜交联, 来控制铜离子的释放。此结构具有多孔凝胶结构,具有防污性能。

在膜上的SMA聚合物, 在与水接触时会部分水解, 与膜外部的细菌相互作用, 产生圆盘状结构。“它溶解膜蛋白, 但杀不死细菌。但是与细菌细胞膜的相互作用会形成一种特定的酶 (磷酸酶和/或磷脂酶) 的释放”Bose教授说。

细菌效应

裂解,控制释放铜离子过程

细菌裂开后释放的这种酶会让聚合物中的铜离子控制释放到水中。“在没有细菌的情况下,三天后释放的铜离子的数量是 0.035 ppm,而在三十天后为0.13 ppm”该论文的第一作者Nagarajan Padmavathy说。

但是, 当水中的细菌浓度很高(每毫升水中有1万菌落单位)时, 四小时后水中的铜离子量为 1.6 ppm, 这比世卫组织的限量多的多。很明显这种剂量下水中的铜离子是有毒的。

Padmavathy 说在高浓度下,四小时后铜离子杀死细菌的能力高过四个数量级,杀死细菌的能力超过 98%。

Bose教授说,聚合物涂层的裂解是缓慢的, 约需要一年的时间才能完全降解。因此释放的铜离子量可能不高。

这些控制释放铜离子的膜可能成为潜在的增强水抗菌和防污性能的方法。

面临的风险

“我们必须进行更多的研究来了解长期饮用这种含铜膜分离设备的水存在的风险,”Bose教授说, “且在一段时间内, 当含有细菌的水被连续过滤时, 从膜中释放出的铜离子的数量。”

为什么选择铜离子而不选择银离子,因为阴离子的表面功能上,并不能够负荷基团和聚合物。