外力协同强化静电吸附制备聚电解质复合物膜的研究

摘要

以交替沉积的层层静电吸附(LbL)技术组装的聚电解质多层膜正在许多领域发挥着重要作用。本文在前期动态层层静电吸附自组装研究的基础上，通过优化聚电解质与基膜相互匹配性及动态自组装条件，发展了外力协同强化静电吸附的一步动态组装法。通过动态加压在水解改性的聚丙烯腈(PAN)超滤膜上复合壳聚糖(CS)聚阳离子，成功组装了高渗透汽化性能的CS/PAN聚电解质复合物膜。考察了不同成膜压力、CS浓度、CS分子量对成膜过程的影响，确定较为适宜的复合条件为：0.2MPa，浓度为0.5wt％，82,000的壳聚糖醋酸水溶液。当进料液温度为60℃时，复合膜对95wt％乙醇/水溶液，分离因子高达422，渗透通量达到230g/(m2·h)。通过对95wt％乙醇/水体系在不同进料液温度下渗透汽化性能的实验表明：复合膜的渗透通量和分离因子均随温度的提高有上升的趋势。研究了交联后处理对CS/PAN复合膜的影响，发现通过戊二醛硫酸交联能够提高复合膜的分离性能。进一步以水解改性PAN中空纤维超滤膜为支撑体，利用一步动态法，在不同负压条件下成功制备了内皮层CS/PAN中空纤维膜渗透汽化膜。此外，对复合膜进行了扫描电镜及原子力显微镜分析，得出了聚电解质复合物膜微观结构与膜性能的关联规律。 基于动态静电吸附组装技术的启发，进一步发展了一种基于电场力强化静电吸附组装聚电解质膜的新方法。比较了不同成膜方法制备的聚乙烯亚胺(PEI)/PAN、聚二甲基二丙烯氯化铵(PDDA)/PAN复合膜的差异，结果发现，电场强化组装后，渗透汽化性能均有不同程度的提高。实验还研究了电压、进料液温度对膜渗透汽化性能的影响，并将复合膜应用于其他醇/水体系的分离。采用原子力显微镜观察证实了电场对复合膜微结构的调控作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1层层静电吸附法制备聚电解质复合膜

1.1.1聚电解质

1.1.2薄膜自组装技术的发展

1.1.3从静态LbL到外力协同强化LbL

1.1.4影响LbL法制膜的因素

1.1.5 LbL膜的表征

1.1.6 LbL膜的应用

1.2 LbL膜在渗透汽化领域中的应用

1.2.1渗透汽化简介

1.2.2渗透汽化的原理

1.2.3渗透汽化过程的特点

1.2.4渗透汽化膜性能的评价指标

1.2.5渗透汽化过程的影响因素

1.2.6渗透汽化膜的应用

1.3本课题研究的目的和意义

1.4本课题研究的主要内容

1.5课题来源

第2章实验部分

2.1实验材料与设备

2.1.1实验材料与试剂

2.1.2实验设备

2.2复合膜制备方法

2.2.1 PAN基膜水解改性方法

2.2.2静态LbL吸附成膜方法

2.2.3动态LbL制备渗透汽化平板膜方法

2.2.4动态电场强化制备渗透汽化平板膜方法

2.2.5交联后处理

2.3渗透汽化膜评价装置及方法

2.4膜的渗透汽化性能分析及计算方法

2.4.1料液及透过液的分析

2.4.2膜的渗透汽化性能计算方法

2.5基膜及复合膜表征

2.5.1扫描电镜及原子力显微镜

2.5.2激光纳米粒度分析

第3章一步动态法组装聚电解质复合物膜的研究

3.1静态LbL与动态LbL组装膜的渗透汽化性能对比

3.2动态压力对聚离子复合膜渗透汽化性能的影响

3.3壳聚糖分子量对复合膜渗透汽化性能的影响

3.4壳聚糖浓度对聚离子复合膜渗透汽化性能的影响

3.5交联壳聚糖复合膜

3.6进料液温度对渗透汽化性能的影响

3.7复合膜对不同醇／水体系的渗透汽化性能

3.8复合膜的SEM结构分析

3.9原子力显微镜观察

3.10动态LbL制备内分离层中空纤维CS／PAN膜的研究

3.11本章小结

第4章电场调控下聚电解质多层膜的渗透汽化性能及成膜机理研究

4.1电场强化组装与动态和静态LbL组装膜的性能对比

4.2电场强化组装聚电解质复合膜

4.2.1电压的影响

4.2.2进料液温度

4.2.3其他体系的分离

4.2.4原子力扫描显微镜观察分析

4.3重复性

4.4本章小结

结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请专利

致 谢