典型陽(yáng)離子對(duì)PVDF超濾膜BSA污染行為的影響研究.pdf

1、本研究選用牛血清蛋白(BSA)代表蛋白質(zhì)類有機(jī)膜污染物，以氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣這四種氯化物溶液控制污染液中的離子強(qiáng)度，分別代表水中廣泛存在的一價(jià)、二價(jià)的陽(yáng)離子，通過(guò)耗散型石英晶體微天平結(jié)合自制的聚偏氟乙烯(PVDF)芯片，考察高離子強(qiáng)度條件下，蛋白質(zhì)類有機(jī)物(BSA)在PVDF膜界面的微觀吸附過(guò)程及吸附層結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合宏觀膜污染試驗(yàn)及微觀作用力的測(cè)定結(jié)果，評(píng)價(jià)典型陽(yáng)離子對(duì)BSA膜污染過(guò)程的控制機(jī)理，且進(jìn)一步探明陽(yáng)離子水合特性對(duì)

2、膜污染的影響機(jī)制。主要研究結(jié)論如下：
　　(1)與離子強(qiáng)度為0mM時(shí)相比，離子強(qiáng)度為100mM時(shí)，無(wú)論是一價(jià)Li+、Na+、K+離子還是二價(jià)Ca2+離子的存在，皆可有效觸發(fā)PVDF-BSA及BSA-BSA之間的水合排斥力，進(jìn)而減緩BSA在PVDF膜面的吸附累積速率，形成松散的BSA吸附層，伴隨著相應(yīng)膜污染減緩。這是因?yàn)長(zhǎng)i+、Na+、K+、Ca2+皆是典型的水合陽(yáng)離子，其會(huì)通過(guò)靜電作用不斷吸附累積在帶負(fù)電的BSA分子及PVDF膜表

3、面，致使BSA分子及PVDF膜面形成特定結(jié)構(gòu)的水分子層，進(jìn)而有效觸發(fā)了PVDF-BSA及BSA-BSA之間的水合排斥力，致使BSA在PVDF表面的吸附速率及吸附量減小，并形成松散柔軟的BSA吸附層，最終引起膜污染的明顯減小。
　　(2)針對(duì)帶電荷量相等的一價(jià)陽(yáng)離子Li+、Na+、K+，在相同的離子強(qiáng)度條件下（100mM），Li+、Na+及K+三種陽(yáng)離子對(duì)應(yīng)的BSA污染膜通量衰減速分別為52％，58%和62%，無(wú)離子添加時(shí)膜通量衰減

4、率為85%。顯然，雖然三種離子達(dá)到一定濃度后皆可減緩膜污染，但是其對(duì)BSA的減緩能力并不相同。在相同的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，Li+對(duì)膜污染的減緩能力最強(qiáng)，K+的減緩能力最弱。主要是因?yàn)槿N離子的水合半徑差異所致。相對(duì)而言，Li+離子半徑最小，其表面電荷密度最大，水分子與其結(jié)合能力最強(qiáng)，所以Li+條件下觸發(fā)的水合排斥最大，導(dǎo)致BSA在膜面的吸附累積速率較慢，且BSA污染層較為松散，伴隨著膜污染幅度的最小。相反，K+離子半徑最大，其表面電荷密度的最小

5、，與水分子的結(jié)合能力最弱，所以其所觸發(fā)的水合排斥力最小，相對(duì)應(yīng)對(duì)BSA膜污染的削弱能力最小。說(shuō)明，帶電荷相同的陽(yáng)離子，半徑越小，其越容易觸發(fā)水合作用力。
　　(3)進(jìn)一步考察了半徑相當(dāng)?shù)腒+及Ca2+離子對(duì)膜污染行為的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)離子強(qiáng)度達(dá)到100mM時(shí)，在相同的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，K+、Ca2+離子對(duì)應(yīng)的BSA污染膜通量衰減率分別為62%和48%。顯然，二價(jià)Ca2+離子對(duì)BSA的減緩能力明顯大于一價(jià)的K+離子。同樣是因?yàn)槎叩乃?/p>