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摘 要

本研究采用原子层沉积（ALD）晶种结合水热生长的办法，在膨体聚四氟乙烯（ePTFE）的三维网格上生长ZnO纳米棒，形成多层次纳米结构膜，围绕膜材料的制备、微结构的表征、水处理等分离性能的评价，开展研究工作。研究采用原子层沉积（ALD）法和浸渍煅烧法在膨体聚四氟乙烯上制备致密的纳米氧化锌晶种，比较了两种晶种制备方法的优缺点，并且考察了溶液生长参数对纳米氧化锌棒的影响。结果表明，膜制备方法最优条件为ALD法种晶，水热生长时间为3h,生长温度为90℃，溶液浓度为0.05mol/L。经过SEM、XRD、TEM、孔径分布等表征发现纳米氧化锌覆盖了整个膜的表面和孔道内。采用奎因法考察了膜的抗菌效果抗菌性实验结果表明，该多层次纳米结构膜对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抗菌率都达到99%以上。

最后考察该膜对超细粒子悬浮液的分离性能。分别从ALD循环次数和溶液生长时间来探究，研究了其对于纳米粒子悬浮液的过滤性能，考察了悬浮颗粒液浓度、过滤速度、纳米粒子粒径对过滤性能的影响。实验结果表明ALD和水热生长都能增加膜的亲水性，膜的纯水通量提高，最大可以达到ePTFE基膜的11倍，这是因为膜由疏水膜变为亲水膜，经过亲水接触角的测定，其接触角从ePTFE基膜的133°± 3°下降为80± 3°。多层次纳米结构膜与ePTFE基膜对粒径为300nm的纳米粒子悬浮液过滤实验表明，多层次纳米结构膜的稳定过滤通量是ePTFE基膜的1.4倍，并且截留率由ePTFE基膜的70.2%提升为100%。

关键词：纳米氧化锌棒 聚四氟乙烯 原子层沉积 抗菌

Fabrication of a novel highly efficient antibacterial membrane and its application

Abstract

In this study, we use atomic layer deposition(ALD) combining hydrothermal method to grow ZnO nanorods on the 3D matrix of ePTFE to form the hierarchical structured membrane. We focus on the preparation of the membrane material, microstructure characterization, and water treatment performance, antibacterial performance evaluation.We adopt the atomic deposition (ALD) method and dipping calcinations method in preparation of nano zinc oxide seeds. Then we use the solution growth method to grow zinc oxide nanorods. We study the advantages and disadvantages of two kinds of seed preparation and the effects of growth parameters in the solution growth. The results showed that ALD is used as the optimal seeding method with growth time 3h, the growth temperature 90 ℃, and the concentration 0.05mol/L. By SEM, XRD, TEM, pore size distribution, we find the zinc oxide nano arrays covering the entire surface and pores.Secondly, the antibacterial experiment is made with the Quin method.Antibacterial experimental results show that hierarchical nanostructured membranes have excellent antibacterial properties about 99%.

In the end, we focus on the membrane separation performance of ultrafine particle suspensions from ALD cycles and time of the solution growth. The experimental results showed that the growth of ALD and the solution growth can increase the hydrophilicity of the membrane and the pure water flux of the membrane is greatly improved at about 11 times in a maximum. By the determination of contact angle, the contact angle of membrane decreas from 133°± 3° to 80± 3°.  The filtration experiments of hierarchical nanostructured membranes on the particle size of 300nm nano particles showed that the filtration flux of hierarchical nanostructured membranes is 1.4 times of the ePTFE membranes, and the rejection rate increased from 70.2% to 100%.

Key Words：ZnO nanorods; expanded polytetrafluroethylene; ALD; filtration antibacterial

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文 献 综 述 1

1.1 当前主要污水处理技术 1

1.1.1 吸附法 1

1.1.2 微波处理法 1

1.1.3 膜分离净化 1

1.2 膜过滤技术 1

1.2.1 聚四氟乙烯的结构及物理化学特性 1

1.2.2 膨体聚四氟乙烯膜除尘研究进展 2

1.3 膨体聚四氟乙烯微孔膜的改性 3

1.3.1 化学气相沉积法 3

1.3.2 溶胶-凝胶法 4

1.3.3 原子层沉积法ALD 4

1.4 纳米氧化锌材料近年来的应用领域 4

1.4.1纳米氧化锌在陶瓷中的应用 4

1.4.2 纳米氧化锌的灭菌性 4

1.5 本课题研究的目的 4

第二章 多层次纳米结构膜的制备与表征 6

2.1概述 6

2.2 实验部分 6

2.2.1 实验原料及仪器 6

2.2.2 实验方法 7

2.2.3 测试与表征 9

2.3 结果与讨论 9

2.3.1 晶种制备方法的选择 9

2.3.2 水热生长参数对纳米氧化锌棒的影响 11

2.3.3 多层次纳米结构膜的孔径分布与透气量 14

2.3.4 XRD分析 16

2.3.5 TG分析 16

第三章 多层次纳米结构膜纯水通量和过滤性能研究 20

3.1概述 21

3.2实验原料及设备 21

3.2.1实验原料 21

3.2.2实验装置 21

3.3结果与讨论 22

3.3.1 ALD循环对膜表面的影响 22

3.3.2 ALD循环对亲水角以及纯水通量的影响 23

3.3.3 二次生长对亲水角以及纯水通量的影响 25

3.3.4悬浮液浓度对过滤性能的影响 26

3.3.5悬浮液粒径对过滤性能的影响 28

3.3.6过滤压强对过滤性能的影响 30

3.3.7 改性膜与原膜的过滤对比 31

3.4 本章小结 32

第四章 结论与展望 32

4.1 结论 32

4.2 展望 33

参考文献 34

致 谢 37

第一章 文 献 综 述

随着时代的发展，工业、农业的不断发展 ,水污染越来越严重严重，我们国家的大部分河流受到不同的污染，城市和农村的饮用水也不同程度的的被污染。控制水污染迫在眉睫，但由于我国对于污水处理能力的有待提高, 只有很少一部分的污水得到了处理。工厂的创办，带动了积极的发展，但其中一些工厂的废水都是简单处理后直接排人江河，对环境造成了极大危害。因此，我们相关执法人员加强监督，严格控制控制污水的排放，研究人员也需寻求高效的污水处理技术。

1.1 当前主要污水处理技术

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