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D-酪氨酸接枝改性PAN超滤膜的制备及其抗生物污染机制研究

批准号:
22108163
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
孙慧芳
依托单位:
学科分类:
资源、环境与生态化工
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙慧芳

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
膜生物污染是超滤膜在水处理应用过程中的主要挑战之一。传统的膜亲水改性不能有效抑制生物膜在膜表面的形成,对膜生物污染控制效果较差。D-酪氨酸能够抑制微生物在膜表面黏附并促进生物膜解聚,如果利用D-酪氨酸对超滤膜进行改性以构建抗污染表面,可从根本上控制膜的生物污染。基于此,本项目拟在超滤膜表面化学接枝可抑制生物污染的D-酪氨酸,D-酪氨酸中的羧基和羟基还可提高膜表面亲水性,实现超滤膜抗生物污染和抗有机物污染性能的同时提高。利用聚丙烯腈(PAN)超滤膜表面的腈基为反应基团,经水解和羧基酰胺化两步反应,在膜表面共价接枝D-酪氨酸分子,制备改性层结构稳定的抗污染PAN超滤膜。探究D-酪氨酸功能分子的引入,对PAN超滤膜结构、物化性能、分离性能和抗污染性能的影响规律;阐明D-酪氨酸对膜抗生物污染性能的作用机制。本项目的研究将为抗污染超滤膜的制备提供新的设计思路和理论依据。
英文摘要
Biofouling poses one of the most serious challenges to ultrafiltration membrane technologies for water purification and reclamation. Traditional hydrophilic modification for membranes has been always employed to control biofouling, but with less effective due to the biofilm re-growth onto membrane surface. D-tyrosine (D-Tyr) possesses unique features to inhibit microbial attachment onto solid surfaces and trigger mature biofilm disassemble, which has showed great potential in membrane biofouling control. In this project, D-Tyr will be utilized as a surface-functionalized material to modify polyacrylonitrile (PAN) ultrafiltration membranes, aiming to improve their anti-biofouling capability and hydrophilicity. The nitrile grouping in PAN membranes will be employed as the reactive groups. After tew-step process of nitrile grouping hydrolysis and carboxylic amidation,D-Tyr will be grafted onto membrane surface via covalent binding. The effects of D-Tyr on the characteristics of modified PAN membranes towards morphologic structure, physicochemical properties, separation performance as well as anti-biofouling capability will be studied. Meanwhile, the involved anti-biofouling mechanisms will be investigated also. It is expected that the proposed investigation can offer new insights into the fabrication of anti-biofouling ultrafiltration membranes.
超滤膜因其出色的污染物截留能力,在市政污水、工业废水、苦咸水等非常规水资源的开发利用中得到了广泛应用。然而,在水处理应用中膜生物污染问题突出,严重影响了膜的分离性能和使用寿命。本项目围绕传统膜抗污染性能低下,急需研制高性能抗生物污染膜的关键问题开展研究:(1)以PAN超滤膜为基膜,利用 D-酪氨酸为改性分子,通过化学接枝法并优化实验条件,获得了D-酪氨酸接枝改性PAN超滤膜的最佳制备方法,主要包括PAN膜氰基水解、羧基活化和D-酪氨酸接枝三步,并通过系列表征方法验证了D酪氨酸的接枝成功。(2)通过多种分析方法对膜表面形貌和基本性能进行了表征和测定,发现D-酪氨酸改性后膜的形貌结构无明显破坏、且平滑度、亲水性和稳定性增强。使用错流式膜过滤和大肠杆菌侵染实验对膜抗污染性能进行了评估,发现D-酪氨酸接枝改性提高了PAN超滤膜的抗污染性能。(3)通过XDLVO理论计算和MD模拟分析,从微观角度阐明了D-酪氨酸改性PAN超滤膜抗污染机制主要是膜的抗黏附性能和对污染物的排斥作用增强,且表面形成了水化层,降低了污染物在膜表面的结合强度。此外,进一步通过蛋白组学在分子水平上阐明改性膜主要通过抑制细菌AI-2的分泌,并抑制其下游蛋白LsrB表达,介导AI-2信号转导途径进而阻碍生物膜的形成,使菌体裂解死亡,从而减缓膜的生物污染。本研究对于抗污染超滤膜的制备及其在水处理过程中的应用具有一定的研究意义和价值。
厌氧铁氨氧化微流控反应体系构筑及胞外电子传递过程研究
  • 批准号:
    22378245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    孙慧芳
  • 依托单位:
国内基金
海外基金