[发明专利]一种水处理膜材料抗生物污染改性方法

说明书

本发明属于膜技术领域，公开了一种水处理膜材料抗生物污染改性的方法。本发明利用群体感应抑制剂和成膜剂制得改性溶液，然后将含有群体感应抑制剂的改性溶液均匀涂覆于膜表面；成膜剂在恒温干燥过程中在膜表面形成薄膜，从而使群体感应抑制剂固定在膜上。经改性后的膜能抑制细菌在膜表面的聚集生长和生物膜的形成，同时维持膜的透水性、亲水性和表面负电荷，减少生物污染，提高水处理效能。

技术领域

本发明属于膜技术领域，尤其涉及水处理膜材料抗生物污染改性的方法。

背景技术

膜分离技术在水处理领域的市场占有率快速增长，已成为解决水污染和水资源短缺的战略技术。膜污染是制约膜法水处理技术应用的主要瓶颈问题之一，尤其是微生物及其代谢产物造成的膜表面沉积和膜孔堵塞，使膜的透水性和分离特性发生不可逆变化，将降低产水量和出水水质，增加能耗，甚至缩短膜的寿命。抗污染膜材料的研究开发是控制膜污染的关键。基于生物方法的膜材料制备和改性是膜材料研究的前沿方向。游离细菌向膜表面粘附定殖过程中，可以产生并向胞外分泌多种自诱导物作为信号分子进行种内和种间的信息传递。当细菌密度达到一定水平，信号分子浓度达到阈值后，细菌将启动密度依赖型的特定基因表达，调控其群体生理特征，如生物膜形成等，这一现象称为细菌的群体感应。群体感应系统已在多种革兰氏阴性和阳性细菌中发现。群体感应对细菌的群集以及生物膜的成熟、形态、解体和化学耐受性等都有重要影响。通过抑制信号分子产生、降解信号分子和阻止信号分子与受体蛋白结合等途径，干扰细菌的群体感应通路，可调控其生物膜的形成，从而达到预防或者控制生物污染的目的，该技术已成为膜污染控制的一种新兴方法。近年已有多类新型的群体感应抑制剂被发现。目前群体感应抑制剂在膜生物污染控制中的应用主要是向膜过滤系统中添加游离态或载体固定化的抑制剂，调控作用的长效性和应用成本较难控制。而基于群体感应抑制剂的膜材料改性在生物污染控制将具有很大的稳定性和应用潜力。

发明内容

针对水处理膜生物污染控制困难的技术问题，本发明提供了一种膜材料抗污染改性的方法，利用群体感应抑制剂对膜材料进行表面改性，抑制细菌在膜表面的聚集和生物膜的形成，同时维持膜的透水性、亲水性和表面负电荷，减少生物污染，提高水处理效能。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种水处理膜材料抗生物污染改性方法，包括如下步骤：

(1)将一定量的成膜剂加入到溶剂中，采用恒温加热搅拌，配制成膜剂溶液；

(2)将群体感应抑制剂按一定比例加入到成膜剂溶液中，采用恒温加热搅拌，使抑制剂在溶液中分散均匀，配制得改性溶液；

(3)将含有群体感应抑制剂的改性溶液均匀涂覆于膜表面；

(4)将表面涂覆后的膜置于恒温加热装置中烘干，成膜剂在干燥过程中形成薄膜粘附在膜表面，从而使改性剂固定在膜上。

其中，步骤(1)中，所述成膜剂为海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇、聚多巴胺、纤维素衍生物或聚丙烯酰胺中的一种，成膜剂溶液中，成膜剂的质量百分浓度为0.01-10.0％，优选质量百分浓度为0.1-1.0％；

步骤(1)中，所述溶剂为水、稀酸溶液或稀碱溶液中的一种，pH为3-11。

步骤(2)中，所述群体感应抑制剂为姜黄素、香芹酚、香草醛、呋喃香豆素、白藜芦醇、槲皮素、柚皮素、或呋喃酮类化合物、经修饰的高丝氨酸内酯类化合物中的一种，优选对人体和环境无毒性的抑制剂；

步骤(2)中，群体感应抑制剂在改性溶液中的的质量百分浓度为0.01-5.0％，优选质量百分浓度为0.1-1.0％；

步骤(2)中，加热温度为30-80℃，优选30-60℃；加热时间为10min-24h，优选10min-6h。

步骤(3)中，所述的膜包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜或反渗透膜中的一种；