本发明涉及陶瓷膜制备，尤其涉及一种pda-cds@ag抗菌陶瓷膜及其制备方法，陶瓷膜组件和装置。
背景技术：
1、陶瓷膜因其具有耐高温、耐酸碱、易清洗、寿命长等特点，已被广泛应用于污水处理和饮用水深度净化行业。陶瓷膜在污水处理中应用主要是将好氧池中的活性污泥与水快速分离,从而替代占地面积大的二沉池，具有出水水质好,占地面积小，过滤效率高等优势。但是活性污泥中好氧菌在负压泵的抽吸驱动下，不可避免的粘附在膜表面和孔隙壁上，随着时间的累积，导致膜孔的严重堵塞，处理效率的降低；在饮用水的深度净化领域，陶瓷膜高精度的孔径作为筛网，将自来水中的铁锈、泥沙、胶体等肉眼可见的悬浮物和两虫(贾弟鞭毛虫和隐性抱子虫)、细菌、粘附在细菌上的病毒等肉眼不可见的病原微生物高效拦截,渗透出安全、干净、卫生的饮用水。但是被拦截的病原微生物在膜表面和孔隙中累积，导致陶瓷膜渗透通量降低，用户体验感差等问题。此外，现有技术中对陶瓷膜做抗菌功能化改性主要措施是在陶瓷膜制备过程中，将纳米金属粒子掺杂到陶瓷膜基体和分离层中，在通过高温烧结热处理。存在的问题是纳米金属粒子容易被陶瓷颗粒包埋，抑菌效果不明显。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种pda-cds@ag抗菌陶瓷膜，通过制备cds@ag纳米复合物抗菌材料，借助聚多巴胺的黏附性能在陶瓷膜表面形成具有良好抗菌性能的涂层，不存在抗菌材料被陶瓷膜包埋的问题，cds@ag纳米复合物抗菌材料能够直接与细菌接触，抗菌和杀菌效果非常明显。
2、为达到上述目的，本发明还提供了一种pda-cds@ag抗菌陶瓷膜的制备方法，具体步骤如下：
3、1)碳点(cds)的制备
4、取甘草酸和柠檬酸加入去离子水中水溶解后，转移至聚四氟乙烯反应釜中,于160-180℃反应6-12h,冷却至室温后，将反应液离心5-10min，再用0.22μm滤膜过滤,然后将产物采用500da的即用型透析袋透析24-48h，得到黄色粉末即为碳点(cds)。绿色天然化合物甘草中的有效成分甘草酸为碳源,富含羟基和羧基的化合物柠檬酸为掺杂剂合成cds,所制备的cds具有良好的水溶性和稳定性,并表现出优异的抗菌活性。
5、2)cds@ag纳米复合物的制备
6、将稀氨水加入agno3溶液中，配制成0.1mol/l的[ag(nh3)2]oh溶液，将步骤1)中制备的cds加入水溶液中，配置成1-3g/l的cds溶液，将新鲜配制的[ag(nh3)2]oh溶液与cds溶液按2:1的体积比混合，在80-100℃水浴磁搅拌下反应10-30min,冷却至室温后，所得溶液进行离心，取沉淀在-80℃条件下冷冻干燥24-48h，得到cds@ag纳米复合物。
7、3)多巴胺溶液的配制
8、按2g/l的比例将三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中，配制多巴胺-tris缓冲液，调节溶液ph＝8.5，再加入三羟甲基氨基甲烷1.5-2倍质量的多巴胺(dopamine，da)，搅拌溶解，得到多巴胺溶液。
9、4)表面黏附pda涂层的陶瓷膜的制备
10、取陶瓷膜基材浸入步骤3)中制备的多巴胺溶液，使陶瓷膜基材完全浸没，再置于恒温摇床中反应3h，使多巴胺聚合生成聚多巴胺(pda)并黏附在陶瓷膜基材表面，然后去除溶液，加入去离子水使陶瓷膜基材完全浸没，超声5-10min，除去未黏附的pda颗粒，得到表面黏附pda涂层的陶瓷膜。
11、5)pda-cds@ag抗菌陶瓷膜的制备
12、将步骤2)中制备的cds@ag纳米复合物分散于去离子水中，得到cds@ag纳米复合物溶液，再将cds@ag纳米复合物溶液均匀喷涂于未干燥的黏附pda涂层的陶瓷膜表面，然后于60-70℃下烘干，得到pda-cds@ag抗菌陶瓷膜。
13、碳点是一类新型零维纳米材料，平均粒径小于10nm，因其尺寸小、易于合成、荧光性能优异和生物相容性好等优点而备受关注。由于碳点可产生活性氧、抑制细菌细胞壁合成、破坏细菌dna等特点，因此具体较好的抗菌性能，且不会使细菌产生耐药性，与金属纳米粒子相比，碳点的细胞毒性更低。但碳点的抗菌性能与金属的纳米材料相比仍有很大差距，而金属的纳米材料却由于细胞毒性限制了其使用。本发明采用一步水热法合成富含羧基和羟基官能团的cds，并将cds作为还原剂和稳定剂，在不添加额外的还原剂和稳定性试剂的情况下，采用化学沉淀法制备出cds@ag纳米复合物，再利用合成的具有优良抗菌性能的cds@ag纳米复合物，借助聚多巴胺的黏附性能在陶瓷膜表面形成具有良好抗菌性能的涂层，涂层不仅的抗菌性能优良、抗菌持续性长(cds@ag纳米复合物中的ag离子可以缓慢释放，加上碳点可产生活性氧、抑制细菌细胞壁合成、破坏细菌dna等特点，能够大大提升涂层持续抗菌性能)，而且生物相容性好、细胞毒性低。
14、在一些优选实施方式中，步骤1)中所述的甘草酸、柠檬酸和去离子水的质量体积比为2:0.5-1:10-40,g:g:ml。
15、在一些优选实施方式中，步骤2)中所述稀氨水的质量分数为20-28％，agno3溶液的浓度为0.5-1mol/l。
16、在一些优选实施方式中，步骤2)中所述离心步骤的转速为8000-12000rpm，离心时间10-15min。
17、在一些优选实施方式中，步骤4)中所述恒温摇床的温度为30-35℃，摇床转速为45-65rpm。
18、在一些优选实施方式中，步骤4)中所述陶瓷膜浸入配置好的pda溶液的过程中，所述陶瓷膜以50-100mm/min的速度垂直液面浸入配置好的pda溶液。陶瓷膜以50-100mm/min的速度垂直液面浸入，可以减小浸入过程中溶液的振动，避免因振动导致的膜层不平整，有利于提高膜层表面的光滑度、
19、在一些优选实施方式中，步骤5)中所述cds@ag纳米复合物溶液的浓度为5g/l。cds@ag纳米复合物溶液浓度太高影响喷涂性，浓度太低则影响成膜性，而5g/l的比例浓度下cds@ag纳米复合物溶液的喷涂性和成膜性俱佳。
20、在一些优选实施方式中，步骤5)中所述cds@ag纳米复合物溶液均匀喷涂于黏附pda涂层的陶瓷膜的表面后，烘干所形成的涂层厚度介于10μm-100μm之间。涂层具有较为适宜的厚度时，可以稳定的存在于陶瓷膜表面，长时间维持优良的抗菌性能；当涂层厚度过厚时，会使得涂层稳定性变差，涂层容易遭到破坏，从而使其长期的抗菌性能减弱。
21、另外，本发明还提供了一种陶瓷膜组件，该陶瓷膜组件包括如上述方法制备得到的pda-cds@ag抗菌陶瓷膜。
22、另外，本发明还提供了一种装置，该装置包括上述的陶瓷膜组件，以及该装置水净化处理中的应用。该装置可以高效杀灭水中的细菌以及粘附在细菌上的病毒等肉眼不可见的病原微生物，渗透出安全、干净、卫生的饮用水，解决水净化处理中过程中被拦截的病原微生物在陶瓷膜表面和孔隙中累积，导致陶瓷膜渗透通量降低，用户体验感差等问题，可以长期保证陶瓷膜水处理质量和效率，同时有效提高陶瓷膜使用寿命，降低使用成本。
23、此外，由于pda-cds@ag抗菌陶瓷膜优异的抗菌性能，以及生物相容性好、细胞毒性低、亲水性好等优异性能；因此，先择适当孔径的陶瓷膜基材按上述方法制备不同孔径分布的pda-cds@ag抗菌陶瓷膜，所得pda-cds@ag抗菌陶瓷膜还可以应用于血液净化、医药中间体过滤、食品生产等领域，可以有效拓展陶瓷片的应用领域。
24、本发明的有益效果：
25、1、本发明制备的cds@ag纳米复合物抗菌性能优异，借助聚多巴胺的黏附性能在陶瓷膜表面形成稳定的pda-cds@ag涂层，不存在cds@ag纳米复合物抗菌材料被陶瓷膜包埋的问题，并且cds@ag纳米复合物直接与细菌接触，抗菌和杀菌效果非常明显。
26、2、本发明的抗菌陶瓷膜的涂层中，cds@ag纳米复合物中的ag离子可以缓慢释放，加上碳点可产生活性氧、抑制细菌细胞壁合成、破坏细菌dna等特点，能够大大提升涂层持续抗菌性能，抑菌率达到99.99％以上。
27、3、本发明的抗菌陶瓷膜具有生物相容性好、细胞毒性低、亲水性好等优异性能，不仅能用于水净化处理，还能广泛运用在血液净化、医药中间体过滤、食品生产等领域，有效拓展了陶瓷片的应用领域。
1.一种pda-cds@ag抗菌陶瓷膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的甘草酸、柠檬酸和去离子水的质量体积比为2:0.5-1:10-40,g:g:ml。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述稀氨水的质量分数为20-28％，agno3溶液的浓度为0.5-1mol/l。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述离心步骤的转速为8000-12000rpm，离心时间10-15min。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述恒温摇床的温度为30-35℃，摇床转速为45-65rpm。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述陶瓷膜浸入配置好的pda溶液的过程中，所述陶瓷膜以50-100mm/min的速度垂直液面浸入配置好的pda溶液。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中所述cds@ag纳米复合物溶液的浓度为5g/l。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中所述cds@ag纳米复合物溶液均匀喷涂于黏附pda涂层的陶瓷膜的表面后，烘干所形成的涂层厚度介于10μm-100μm之间。
9.如权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备得到的pda-cds@ag抗菌陶瓷膜。
10.一种陶瓷膜组件，其特征在于，所述陶瓷膜组件包括如权利要求9所述的pda-cds@ag抗菌陶瓷膜。
11.一种装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求10所述的陶瓷膜组件。
12.如权利要求11所述装置在水净化处理中的应用。
