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《大连理工大学》 2018年
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季铵盐修饰碳基复合材料的制备及其电容去离子杀菌性能

王继刚  
【摘要】:清洁水资源的缺乏是威胁人类生命健康的重大挑战之一。尽管目前常用的如氯气、臭氧和紫外线等消毒杀菌技术可以高效的杀死饮用水中的致病微生物,但是这些方法也会产生对人类健康有害的消毒副产物。因此,亟需开发新型无消毒副产物、低毒性、低能耗和高杀菌效率的饮用水杀菌技术。电容去离子技术(Capacitive deionization,CDI)是一类苦咸水淡化的新兴技术,因其具有高能量效率和环境友好性等优点成为人们的研究热点。电容去离子杀菌技术(Capacitive deionization disinfection,CDID)将CDI应用于杀菌消毒领域,其关键问题在于电极材料的修饰。季铵盐化合物(Quaternary ammonium compound,QAC)因具有接触杀菌活性及广谱高效的杀菌性能作为一类高效的杀菌材料已经得到了广泛应用。本文以QAC作为杀菌活性材料,修饰CDI常用碳电极材料,并将其作为电极的阳极材料应用于CDID中,主要研究内容和结论如下:(1)采用季铵化聚(4-乙烯基吡啶)修饰的活性炭作为电容去离子杀菌技术的阳极材料。通过调控反应单体和季铵化试剂的添加量制备了17.07%和22.02%两种不同QAC负载量的材料,杀菌效率随着QAC负载量的增加而增加,并且通过研究细菌形貌及细胞膜通透性变化,证明材料杀菌机理为对细菌细胞膜结构的物理破坏。在1.2 V电压下,电极对大肠杆菌和铜绿假单胞菌均可以实现99.54%以上的杀菌率,并且具有较高的循环稳定性。通过研究发现,电压是影响CDID性能的关键因素,而流速和离子浓度则影响较小。(2)用一步共价键修饰的方法制备了二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅丙基)氯化铵修饰的氧化石墨烯(GO/QAC)。研究了前驱体比例和反应时间对QAC负载量的影响,发现当GO/QAC前驱体比例为10:1、反应时间为24 h时,负载量最优(61.58%),并且表现出优异的广谱杀菌性能。对GO/QAC进行CDID性能测试发现其对大肠杆菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌均能达到97.69%以上的杀菌率。盐离子对细菌吸附略有影响,但是在120 min内仍能达到97.18%以上的杀菌率。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB33;R123.6

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