[发明专利]一种群体感应抑制剂改性膜的制备方法及其抗生物污染应用

说明书

本发明属于膜技术领域，公开了一种群体感应抑制剂改性膜的制备方法及其抗生物污染应用。以群体淬灭酶或D‑氨基酸为群体感应抑制剂，通过表面涂覆或化学交联制备具有抗生物污染性能的改性膜材料。改性层中的群体淬灭酶针对革兰氏阴性菌的种内信息交流，通过降解N‑酰基高丝氨酸内酯干扰群体感应系统；改性层中的D‑氨基酸针对细菌种间信息交流，干扰不同细菌的群体感应通路。通过调控群体密度依赖型的基因表达，在膜法水处理应用中抑制细菌在膜表面形成生物膜，并影响生物膜的发育和促进生物膜解体，从而控制生物污染，具有更优的抗污染性能。本发明采用天然原料，对环境无污染，对人体无毒性，制备方法简单，反应条件可控，适用于规模化工业生产。

技术领域

本发明属于膜技术领域，涉及膜材料改性，尤其涉及水处理膜改性的方法及其抗生物污染应用。

背景技术

目前我国面临水资源严重短缺的问题，提升水资源利用效率是水安全的必要保障措施。膜分离在水质净化、海水淡化以及污水资源化利用等方面发挥了重要的推进作用。水处理已成为膜产品的主要市场。随着非常规水源利用设施建设、工业节水减污行业的发展，膜产业将继续保持快速发展。膜污染是降低膜法水处理工艺效率的重要原因，控制膜污染所需的曝气、膜清洗和膜组件更换等造成能耗和运行成本的增加。膜的性质是膜污染的决定因素之一，膜材料的抗污染性能将影响膜法水处理设施运营成本和工艺稳定。

微生物群在膜表面附着生长形成生物膜将造成膜生物污染，严重降低产水量和出水水质。膜污染产生后需通过物理清洗去除可逆污染，对于不可逆污染进一步通过化学清洗恢复，期间需投加酸碱清洗剂、表面活性剂、络合剂、消毒剂等，且清洗过程可能会损伤膜选择层。通过膜材料改性抑制生物污染有助于延长运行周期，减少清洗频率。生物膜的形成受细菌群体感应系统调控，通过干扰群体感应缓解生物污染是膜污染控制的新方法。细菌的群体感应通过产生、释放和检测特定化学信号分子(AI)作用，调节的群体感应系统包括革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的种内交流系统(酰基高丝氨酸内酯和经过修饰的寡肽类化合物等AI-1分子参与)和细菌种间交流系统(AI-2分子参与)。目前已发现多种化合物、生物活性物质和细菌对不同群体感应体系有淬灭作用，从而阻碍生物污染的形成。然而，基于群体感应抑制剂的膜材料改性技术仍较欠缺，在膜污染控制中的应用效果更有待进一步验证。

发明内容

针对水处理膜生物污染控制困难的技术问题，本发明提供了一种群体感应抑制剂改性膜的制备方法以提高膜材料的抗生物污染性能。以群体淬灭酶或D-氨基酸为群体感应抑制剂，通过表面涂覆或化学交联制备具有抗生物污染性能的改性膜材料。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种群体感应抑制剂改性膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)，将一定量的成膜剂加入到溶剂中，配制成膜剂溶液；

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

步骤(3)，将含有群体感应抑制剂的改性溶液涂覆于膜表面；

步骤(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。

本发明还包括步骤(5)，用交联剂对表面涂覆制得的改性层进行交联，反应结束后清洗去除膜表面的交联剂，交联反应可提高改性层的稳定性。

其中，步骤(1)中，所述成膜剂为壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚多巴胺中的一种，质量百分浓度为0.01-10.0％，优选质量百分浓度为0.1％；

步骤(1)中，所述溶剂为水、稀酸溶液、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群体淬灭酶、D-氨基酸中的一种，