负载银纳米线电纺膜电化学消毒效能及机理研究

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1、硕士学位论文负载银纳米线电纺膜电化学消毒效能及机理研究作者姓名谭晓君学科专业市政工程指导教师胡勇有教授所在学院土木与交通学院论文提交日期2018年4月StudyonelectrochemicaldisinfectionperformanceandmechanismofthesilvernanowirescompositeelectrospunmembraneADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TanXiaojunSupervisor：Prof.HuYongyouSouth

2、ChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TU99学校代号：10561学号：201520106214华南理工大学硕士学位论文负载银纳米线电纺膜电化学消毒效能及机理研究作者姓名：谭晓君指导教师姓名、职称：胡勇有教授申请学位级别：硕士学位专业名称：市政工程研究方向：水污染控制论文提交日期：2018年4月12日论文答辩日期：2018年6月7日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：2018年月日答辩委员会成员：主席：委员：摘要饮用水安全是人民正常生活生产的重要保障。因消毒技术的局限性和供水环境的

3、复杂性，在落后地区、部分发展中地区和广大农村地区仍有大量的人无法得到安全洁净的饮用水。因此，开发负载银纳米线纳米纤维膜电化学消毒终端饮用水装置能够在社区或家庭层面对来水进行消毒净化，具有重要现实意义。本文采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈（polyacrylonitrile，PAN）和热塑性聚氨酯（thermoplasticpolyurethane,TPU）混纺静电纺丝膜作为基材，通过真空过滤沉积法在膜表面负载银纳米线（silvernanowires,AgNWs），制备出AgNWs-PAN/TPU复合膜。FESEM表征结果显示，PAN/TPU

4、混合比例为3:1时，纳米纤维直径均匀无结珠，同时机械性能较纯PAN膜提高了约一倍；银纳米线成功附着在AgNWs-PAN/TPU复合膜上，互相搭接形成网状结构；膜的孔径主要分布在10~100nm之间；CV和EIS电化学分析表明复合膜的导电性能优异；GFAAS结果显示，银纳米线的负载稳定性好，溶出量在国际饮用水标准要求的100ppb以下。采用AgNWs-PAN/TPU复合膜构建了终端饮用水消毒装置和模拟运行体系。灭菌实验结果显示，AgNWs-PAN/TPU复合膜能够完全截留大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，且在6h内将被其截留下来的大肠杆菌和金黄色葡

5、萄球菌全部灭活；电化学消毒实验结果显5示，在3.0V电压下，AgNWs-PAN/TPU复合膜在15min以内可以完全杀灭10CFU/mL3的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌；对低浓度（10CFU/mL）的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，灭活时间可缩短至5min内；在含5mM的NaCl、Na2SO4和NaNO3的水溶液中，同等电压下灭活效果要优于在无盐水中；特别的，在3.0V电压下，在NaCl水溶液中的灭活率要高于在Na2SO4和NaNO3水溶液中。AgNWs-PAN/TPU复合膜电化学消毒装置的模拟运行实验结果表明，5AgNWs-PAN/TPU复合膜对

6、10CFU/mL大肠杆菌水样过滤消毒，膜通量下降了35.3%，通过5min反冲洗能够恢复98%的膜通量，能保留99%以上的细菌灭活效率；对自来水过滤消毒，膜通量下降了4.8%，能够保持>99.99%的灭菌效率，膜形貌和机械性能在水力冲刷的作用下变化很小，不影响其运行效果；电场和银纳米线的物理破坏作用是AgNWs-PAN/TPU复合膜电化学消毒的主要机制，且其主要是通过银纳米线的电穿孔进I行灭菌；银纳米线在复合膜中的作用是搭建导电网络并保证了没有外加电压下通过银离子的缓释提供基本消毒性能；消毒副产物只有溶液中氯离子在高电压下发生转化，生成−

7、生成ClO3，有促进消毒作用。关键词：饮用水处理；电化学消毒；静电纺丝；银纳米线IIAbstractThesafetyofdrinkingwaterplaysanimportantpartinpeople'snormalsequenceofworkandlife.However,duetothelimitationsofdisinfectiontechnologyandthecomplexityofthewatersupplyenvironment,thesafetyofdrinkingwaterremainsamajorchalleng

8、eindevelopingcountriesorruralareas.Therefore,itisofgreatpracticalsignificancetodevelopelectrospu