基于无机纳米粒子高通量双模板分子印迹膜的制备及性能研究

摘要

分子印迹膜兼具分子印迹技术与膜分离技术双重优点，但由于有机膜的机械强度较小，在分离过程中受压容易使印迹孔穴空间变形和互补官能团位置失稳，使得其分离效率大大降低。为了提高膜的机械性能和水通量，在制备过程中掺杂入无机纳米粒子制备出有机—无机杂化膜。本文使用紫外光引发原位聚合的方法，以PVDF为支撑膜，将无机纳米材料掺杂入铸膜液中，制备出含有无机纳米材料的阿魏酸分子印迹复合膜。利用红外光谱和扫描电镜测试了膜的结构和表面形貌，发现了纳米粒子是以纯物理方式共混的，且都分散在孔的周围，有利于维持膜的孔穴结构。通过平板超滤装置研究了分子印迹复合膜的分离性能、水通量和承压能力，研究结果表明改性后的分子印迹复合膜在保持高分离效率的前提下，承压能力和水通量都有了明显的改善。同时，实验发现添加0.5wt％-18 nm TiO2的改性膜性能最好，其承压能力在0.4 Mpa以上，分离因子在3.4左右，水通量为6696 L·m-2·h-1。
　　在前期实验的基础上，本文采用不同的方法制备出双模板分子印迹复合膜，并采用多种方式对膜的各项性能进行表征。本文探讨了以α-甲基丙烯酸为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，阿魏酸和肉桂酸为双模板分子，偶氮二异丁腈为引发剂引发聚合反应，并采用共混法掺杂入纳米材料改善膜的机械强度和水通量，从而合成了具有高通量和高选择性的双模板分子印迹复合膜。本文探究了无机纳米材料的种类及其含量、引发剂的含量、模板分子与功能单体的比值以及合成方法（一步法或者两步法）对双模板分子印迹复合膜的性能的影响。研究发现合成的最优条件为:添加的纳米材料为18 nm TiO2，添加含量为1wt％，引发剂的含量为0.3 g，采用一步法合成，功能单体与模板分子的比值(F/T)为1∶3。采用上述条件合成的双模板分子印迹复合膜对模板分子阿魏酸和肉桂酸的透过率均处在100％左右，与此同时对类似物咖啡酸、丁香酸的透过率也达到了100％左右。然而对相对分子量大小相似，而结构差别比较大的葡萄糖的透过率处在60％左右。综上可知，制备的双模板分子印迹复合膜可特异性分离模板分子以及类似物，然而对结构相差比较大的物质具有较低的分离效率。可见，双模板分子印迹膜可专一性的识别同一类物质，因此，可将其应用于某些中药活性成分的选择富集和分离、食物中有毒物质的检测等。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 膜的概述

1．1．1 膜及膜过程

1．1．2 膜的定义

1．1．3 膜的分类

1．1．4 膜分离过程的特点

1．1．5 膜材料

1．1．6 膜分离技术的应用

1．2 分子印迹技术

1．2．1 分子印迹技术的发展历史

1．2．2 分子印迹技术原理

1．2．3 分子印迹介质的制备

1．2．4 分子印迹技术的应用

1．3 分子印迹膜分离

1．3．1 分子印迹膜的传递机制

1．3．2 分子印迹膜的制备方法

1．3．3 分子印迹膜的应用

1．4 双模板分子印迹聚合物的研究

1．5 课题研究创新性

1．6 课题研究目标

第2章 掺杂有无机纳米粒子的阿魏酸分子印迹复合膜的制备

2．1 引言

2．2 实验材料和仪器设备

2．2．1 主要实验仪器设备

2．2．2 主要实验原料

2．3 实验方法

2．3．1 阿魏酸分子印迹复合膜的制备

2．3．2 制备阿魏酸分子印迹复合膜的工艺流程

2．3．3 阿魏酸分子印迹复合膜的性能和结构评价

2．3．4 分析方法

2．4 结果与讨论

2．4．1 红外谱图分析

2．4．2 不同无机纳米材料对阿魏酸分子印迹膜的改性效果

2．4．3 不同粒径二氧化钛改性结果分析

2．4．4 SEM分析

2．4．5 接触角测定

2．4．6 力学性能分析

2．5 结论

第3章 双模板分子印迹复合膜的合成与性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要实验仪器与设备

3．2．2 主要实验材料

3．3 实验方法

3．3．1 阿魏酸-肉桂酸双模板分子印迹复合膜的制备

3．3．2 膜的性能测定和结构评价

3．3．3 分析方法

3．4 结果与讨论

3．4．1 掺杂不同无机纳米材料对双模板分子印迹膜性能的影响

3．4．2 不同含量引发剂对双模板分子印迹膜性能的影晌

3．4．3 两步法制备的双模板分子印迹复合膜性能

3．4．4 模板分子和功能单体的比例

3．4．5 膜对咖啡酸、丁香酸和葡萄糖的分离效果

3．4．6 SEM分析

3．4．7 红外谱图分析

3．4．8 接触角分析

3．5 结论

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献