抗菌污染低成本陶瓷微管膜的表面物化特性与动态抗菌性能研究

This project is proposed due to high cost and biological pollution problems of inorganic ceramic membranes for safe drinking water treatment. Low-cost bauxite based ceramic microtubular membranes, which will be prepared using natural bauxite powders via phase inversion method, will be modified via loading with biological antimicrobial agents (lysozyme), aiming to obtain antibacterial ceramic membrane with dual-functionality of separation and antibacteria. The main research topics are stated as follows: (1) surface physiochemical characteristics of modified microtubular membrane and the effects of membrane modification on filtering performance; (2) antibacterial performance and potential enzyme inactivation mechanism of modified self-clean membrane under dynamic separation conditions. The novelty of this project is that the combination of biological antibacterial function and membrane physical filtering function will be expected to dissolve bio-fouling problem of ceramic membrane, which provides new strategies and scientific references for antibacterial ceramic filtering membrane.

本项目针对无机陶瓷膜法饮用水处理存在的成本高及生物污染问题展开研究。利用铝矾土矿物原料和相转化成型工艺制备低成本铝矾土基陶瓷微管膜，并将生物抗菌剂（溶菌酶）负载于陶瓷微管膜，以期获得具有物理分离和生物抗菌耦合功能的抗菌陶瓷微管膜。项目着重研究抗菌陶瓷膜制备过程中改性膜的表面物理化学特性以及改性对膜过滤性能的影响规律，研究抗菌微管膜动态分离过程中的抗菌性能和潜在的生物酶失活机制。项目主要创新在于将生物抗菌剂的抗菌功能和膜法物理过滤功能进行耦合，以解决陶瓷膜生物污染难题，为抗菌污染陶瓷膜的研究提供新思路和科学参考。

陶瓷膜分离技术在气体、液体分离领域，具有低能耗、高效率、设备简单、无二次污染等优点。发展低成本、高分离效率的陶瓷分离膜，对陶瓷膜表面进行功能修饰，开发陶瓷膜制备技术及设计新的陶瓷膜构型是当前陶瓷膜研究工作中的重要问题。在本项目支持下，我们开展了一些低成本高效率陶瓷膜制备及其应用的相关研究，涉及到水处理应用的低成本多孔陶瓷膜制备和表面修饰研究，气体分离应用的致密陶瓷膜研究。具体工作如下：利用粉煤灰、煤矸石、铝矾土、高岭土等工业固废和低廉矿土制备低成本的多孔平板和微管陶瓷膜，如铝矾土、莫来石平板膜和微管膜；对微管膜进行氧化铁表面修饰用于含钴废水处理并研究表面与钴离子的相互作用;对平板膜表面进行硅烷修饰用于膜蒸馏海水淡化和酶嫁接实验研究；设计了外短路的非对称氢分离膜构型；开发了陶瓷管的相转化浇注制备新工艺；优化质子导体陶瓷膜性质。以上研究内容将为面向气、液体分离应用的低成本高效率陶瓷分离膜的进一步研究提供新思路和新方法。通过以上研究，在国际重要学术期刊共发表SCI二区以上论文14篇（其中第一作者论文10篇，第一标注论文10篇），申请专利2项（其中已授权1项）。