新型Janus膜的制备及其多功能应用研究

发布时间：2017-10-27 22:30

  本文关键词：新型Janus膜的制备及其多功能应用研究

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【摘要】：Janus膜是指两面具有不同性质的膜材料,在两侧表面非对称性润湿特性的驱动下,液体可以在Janus膜的三维多孔横截面层间发生各向异性运输,即液体“二极管”现象,该特性使得Janus膜在流体操纵、集雾、集水、微全分析等领域有巨大应用前景。但是目前的Janus膜存在制备工艺复杂和成本较高等缺点,阻碍了Janus的实际应用。此外,如何赋予Janus膜以多功能性和更加新颖的应用仍然是一个挑战。因此开发简易的制备方法和探索多功能化响应为Janus膜的研究重点。基于商业化的聚四氟乙烯(PTFE)复合微滤膜独特的结构和表面特性,本研究分别针对亲疏水型PTFE复合微滤膜进行改性制备水、油单通道的Janus膜。一方面针对亲水型PTFE复合微滤膜,分别采用胶带直接剥离选择层和智能响应表面改性之后剥离选择层两种方式制备水单通道的Janus膜。另一方面针对疏水型PTFE复合微滤膜,采用多巴胺单侧漂浮改性赋予疏水膜表面亲水性。研究表面功能响应改性、胶带剥离和多巴胺单侧亲水改性对膜表面微观结构、化学性能和应用扩展的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)观察膜改性前后的微观形貌,通过能量色散X射线光谱(EDX)和X-射线光电子能谱(XPS)分析膜表面的化学组成及相对含量,通过紫外可见分光光度计(UV-vis)分析膜的染料吸附性能,通过接触角(CA)分析膜表面的润湿性能。同时通过界面处液体的透过实验测试液体的单向通过性,探索了油单通道Janus膜分离水包油乳液的应用,探索Janus膜和对照组的亲疏水膜收集及锁住液体的能力及相应机理。利用概念验证的方法,探索了Janus膜表面形貌及化学组成、润湿性能、多功能响应性与Janus性能的结合情况。研究结果表明,胶带剥离能够撕裂PTFE选择层,使得膜的表面产生疏水性,这种疏水性来源于PTFE的本质疏水性及撕裂产生的微观形貌,多巴胺单面改性可以赋予疏水膜上表面以较薄的亲水层,Janus膜的较薄层通过相应液体润湿使其薄层孔道减小,拉普拉斯内压力增大,具有相反性质的液体只能在更高的静态压力作用下才可以穿透Janus膜,达到锁住液体的效果,磁性Janus膜通过磁场控制收集并净化染料废水,pH响应Janus膜可以通过调节水滴或水相的pH值控制水滴在油/水界面的渗透性能,证明了表面改性技术和Janus性能的良好相容性。
【关键词】：Janus膜 剥离 油水分离 智能响应
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题背景及研究的目的及意义10-11
• 1.2 Janus的概念11-12
• 1.3 Janus粒子的研究现状12-15
• 1.3.1 Janus粒子的制备方法12-15
• 1.3.2 Janus粒子的应用15
• 1.4 Janus膜的研究现状15-20
• 1.5 本文的主要研究内容20-22
• 第2章 实验内容及方法22-28
• 2.1 实验原料及仪器设备22-23
• 2.1.1 实验原料22
• 2.1.2 仪器设备22-23
• 2.2 实验方法23-25
• 2.2.1 水通道Janus膜的制备24
• 2.2.2 油通道Janus膜的制备24
• 2.2.3 磁性Janus膜的制备24
• 2.2.4 pH响应Janus膜的制备24-25
• 2.3 分析表征测试方法25-28
• 2.3.1 接触角测试25
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）测试25
• 2.3.3 能量色散X射线光谱（EDX）测试25
• 2.3.4 X射线光电子能谱（XPS）测试25-26
• 2.3.5 紫外可见分光光度计（UV-vis）测试26
• 2.3.6 油水单通道性能测试26
• 2.3.7 收集器油水收集性能测试26
• 2.3.8 油水乳液分离性能测试26-27
• 2.3.9 磁性Janus膜的弯曲稳定性测试27-28
• 第3章 油水单通道Janus膜的制备及表征28-44
• 3.1 水单通道Janus膜的制备及表征28-35
• 3.1.1 水单通道Janus膜的制备28-29
• 3.1.2 水单通道Janus膜的接触角测试表征29
• 3.1.3 水单通道Janus膜的的SEM测试表征29-30
• 3.1.4 水单通道Janus膜的XPS测试表征30-31
• 3.1.5 水单通道Janus膜的EDX测试表征31-32
• 3.1.6 水单通道Janus膜的水单通道性能测试32-33
• 3.1.7 水单通道Janus膜的应用拓展33-34
• 3.1.8 水单通道Janus膜的锁水机理34-35
• 3.2 油单通道Janus膜的制备及表征35-42
• 3.2.1 油单通道Janus膜的制备35-36
• 3.2.2 油单通道Janus膜的SEM测试表征36-38
• 3.2.3 油单通道Janus膜的EDX测试表征38-39
• 3.2.4 油单通道Janus膜的XPS测试表征39
• 3.2.5 油单通道Janus膜的油单通道测试39-40
• 3.2.6 油单通道Janus膜的集油应用40-41
• 3.2.7 油单通道Janus膜的锁油机理41-42
• 3.2.8 油单通道Janus膜的乳液分离应用42
• 3.3 本章小结42-44
• 第4章 磁性和pH响应Janus膜的制备及表征44-60
• 4.1 磁性Janus膜的制备及表征44-50
• 4.1.1 磁性Janus膜的制备44-45
• 4.1.2 磁性Janus膜的接触角测试和磁性展示45-46
• 4.1.3 磁性Janus膜的SEM测试表征46-47
• 4.1.4 磁性Janus膜的弯曲稳定性测试47-48
• 4.1.5 磁性Janus膜的XPS表征测试48-49
• 4.1.6 磁性Janus膜的应用拓展49-50
• 4.2 pH响应Janus膜的制备及表征50-58
• 4.2.1 pH响应Janus膜的制备50-51
• 4.2.2 pH响应Janus膜的SEM测试表征51-52
• 4.2.3 pH响应Janus膜的EDX表征52-54
• 4.2.4 pH响应Janus膜的XPS测试表征54
• 4.2.5 pH-rJM的接触角测试表征54-55
• 4.2.6 pH响应Janus膜的水单通道测试55-58
• 4.3 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果69-71
• 致谢71

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本文编号：1105518