超分子作用在均孔膜成膜过程中的应用及机理研究

发布时间：2022-02-11 23:01

　　膜分离是一种高效、低能耗、现代化的新型分离技术。然而,膜分离过程中普遍存在渗透性和选择性难以兼顾的问题,这一现象被称为Trade-off效应。提高孔隙率、实现孔径的均一化是改善Trade-off效应的重要途径之一。因此,均孔膜的出现是膜研究发展的必然趋势。近年来,基于嵌段共聚物（BCPs）的均孔膜被认为是新一代均孔膜的代表,而采用自组装与非溶剂诱导相分离法相结合策略（SNIPS）制备均孔膜的方法因其可规模化而得到了广泛关注。然而,由于嵌段共聚物自身性质的限制,在均孔膜制备过程中仍有许多问题亟待解决。例如:难以采用嵌段共聚物制备得到孔径小于10 nm的均孔膜;均孔结构不稳定,会随挥发时间发生连续变化,为生产过程中的稳定制备带来了较大困难;一些具有特殊功能,但相分离趋势相对较弱的嵌段共聚物难以自组装制备均孔膜等。这些问题一定程度上限制了均孔膜在实际中的应用。添加剂与嵌段共聚物之间的相互作用是调节自组装和均孔结构形成的有效手段。基于此,本论文分别选用了三类具有特定结构的添加剂对嵌段共聚物自组装过程进行调节。第三章采用磺化聚乙二醇（SPEG）为添加剂,以分子量为5.9 kg/mol的聚苯乙烯-... 

【文章来源】：浙江工业大学浙江省

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

膜分离原理示意图[1]

毒?啄さ目煽刂票浮?除此之外，最近还报道了一些新型的均孔膜制备方法。如Jin等[21]利用一种烟草花叶病毒突变体，自组装形成了孔径约3.8nm的均孔膜，可用于血液透析。Osuji等[22]将液晶分子自组装结构进行交联，得到了孔径约1nm的均孔纳滤膜；Wang等[23]利用共价有机框架材料（COF）自身的微孔结构，采用层层自组装技术制备得到了均孔纳滤膜等。这些技术为均孔膜的制备提供了新的思路，但相对而言制备工艺较为复杂，成本高昂，本文不做详细讨论。1.2嵌段共聚物自组装及嵌段共聚物均孔膜1.2.1嵌段共聚物及常用合成方法图1-2包含A和B两种嵌段的嵌段共聚物的典型结构[24]Figure1-2.TypicalstructuresofblockcopolymerwithAandBblocks[24]嵌段共聚物（Blockcopolymers,BCPs）是用于研究分子自组装常用的体系，通常由两种或两种以上不同性质同时热力学不相容的嵌段通过共价键连接而成。图1-2展示了由A和B两种嵌段所组成的不同类型嵌段共聚物，其中以AB型两嵌

超分子作用在均孔膜成膜过程中的应用及机理研究7段共聚物所形成的平衡结构随着χN值以及嵌段比例的变化而变化，主要有球状，柱状，双连续，层状等结构（图1-3a）。图1-3b是通过自洽场均值理论模拟计算得到的不同嵌段共聚物本体自组装所能形成结构的相图，表明对于纯嵌段共聚物，当χN≥10.5时，嵌段共聚物就有可能在特定热力学条件下自组装形成有序结构。图1-3c是Bates等[34]采用两嵌段共聚物聚异戊二烯-嵌段-聚苯乙烯（PI-b-PS）为原料，通过热退火实验所观测的结构，发现与理论预测吻合程度较高。图1-3（a）两嵌段共聚物固相的平衡态结构，（b）AB型嵌段共聚物自主装结构理论预测相图，（c）AB型嵌段共聚物PI-b-PS实验所得相图[35]Figure1-3.(a)Theequilibriumstructureofdiblockcopolymers.(b)AphasediagramofthetheoreticalpredictionofanAB-typeblockcopolymer.(c)PhasediagramobtainedfromPI-b-PScopolymers[35]当有溶剂参与时，嵌段共聚物自组装的复杂程度大大增加，所形成的结构也更加丰富。自1995年以来，通过AB型两亲性嵌段共聚物在溶液中的自组装已经成功制备出了约20多种不同的结构，包括球形胶束、棒状、双连续结构、薄片、囊泡、大复合胶束（LCMs）、大复合囊泡（LCVs）、小管、“洋葱”、“蛋壳”、斜压小管、针垫等[24]。这是由于加入溶剂之后，嵌段共聚物自组装除了受到嵌段之间的相互作用以外，还受到溶剂的影响。例如，AB型嵌段共聚物PS-b-PAA在六环/水体系中或者其他溶剂/非溶剂体系中的自组装涉及了六种χ相互作用参数，包括χAB、χAS、χAN、χBS、χBN、χSN，A和B各自表示一种嵌段，S表示嵌段共聚物的良溶剂，N表示其中某一嵌段的不良溶剂（选择性溶剂）。简言之，体系中组分越多，自组装过程越复杂。

【参考文献】：
期刊论文
[1]我国膜分离技术的发展现状[J]. 张云飞,田蒙奎,许奎.  现代化工. 2017(04)
[2]均孔膜[J]. 汪勇,邢卫红,徐南平.  化工学报. 2016(01)
[3]《“十二五”国家自主创新能力建设规划》发布[J].   电力系统自动化. 2013(13)
[4]膜分离技术的研究进展及应用展望[J]. 王华,刘艳飞,彭东明,王福东,鲁曼霞.  应用化工. 2013(03)
[5]活性阴离子聚合及其单体的研究进展[J]. 朱李继,李杨,王玉荣,张春庆.  高分子通报. 2009(08)
[6]原子转移自由基聚合机理及其应用[J]. 唐燕春,艾长军,马敬红,梁伯润.  合成技术及应用. 2007(04)
[7]阴离子聚合法合成PMMA-b-PMTFPS嵌段共聚物[J]. 易玲敏,詹晓力,陈丰秋,蒋波,陈碧.  高等学校化学学报. 2007(12)
[8]可逆加成-断裂链转移活性自由基聚合[J]. 王平华,张斌,唐龙祥,黄璐,王文英.  高分子材料科学与工程. 2006(05)
[9]两亲性嵌段共聚物PS-b-PMAA的合成与胶束化行为研究[J]. 华慢,杨伟,薛乔,陈明清,刘晓亚,杨成.  化学学报. 2005(07)
[10]膜分离技术及其应用研究进展[J]. 孙福强,崔英德,刘永,杨少华,陈循军.  化工科技. 2002(04)



本文编号：3621090