基于界面多重作用調(diào)控的超薄膜制備與醇水分離性能強(qiáng)化.pdf

1、高性能膜材料是提高膜技術(shù)競爭力的關(guān)鍵，而膜內(nèi)界面作用調(diào)控是優(yōu)化膜結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化膜傳質(zhì)機(jī)制，進(jìn)而獲得高性能膜材料的重要手段。本研究面向燃料乙醇生產(chǎn)這一能源環(huán)境領(lǐng)域的重大問題，以超薄膜制備及其醇水分離性能強(qiáng)化為目標(biāo)，提出了針對膜內(nèi)不同類型界面的相互作用調(diào)控方法及通過界面多重作用調(diào)控實現(xiàn)膜傳質(zhì)機(jī)制集成優(yōu)化的策略，采用簡便、溫和的方法制備了一系列具有適宜化學(xué)結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的超薄復(fù)合膜/超薄雜化膜，實現(xiàn)了乙醇/水的高效分離，以期為高性能醇水分離膜的規(guī)

2、?；苽涮峁├碚摶A(chǔ)與技術(shù)支持。主要研究結(jié)果如下：
　　分離層-支撐層界面多重作用調(diào)控：基于仿生粘合法，將多巴胺和聚乙烯亞胺（PEI）共沉積于支撐層表面后涂覆海藻酸鈉制備超薄復(fù)合膜。界面區(qū)大量的靜電引力和氫鍵作用位點使界面親水性提高，膜自由體積特性得到改善，實現(xiàn)溶解機(jī)制與擴(kuò)散機(jī)制的集成優(yōu)化，所制備的復(fù)合膜滲透通量為1196 g/m2h，分離因子為1807，分離因子較支撐層未改性的復(fù)合膜提高29.6倍。
　　分離層-分離層界面

3、多重作用調(diào)控：（1）受茶多酚沉淀蛋白質(zhì)生物現(xiàn)象的啟發(fā)，基于蛋白質(zhì)（明膠）和多酚（單寧酸）間的疏水及氫鍵作用，通過層層自組裝過程制備超薄復(fù)合膜。界面多重作用的引入可優(yōu)化膜表面化學(xué)組成及多層膜自由體積特性，實現(xiàn)溶解機(jī)制與擴(kuò)散機(jī)制的集成優(yōu)化，所制備的多層膜滲透通量為1336 g/m2h，分離因子為658。在高水含量下可獲得更高的分離性能，在原料液水含量為30 wt％時，滲透通量可達(dá)2696 g/m2h，透過液中水含量可達(dá)99.43 wt%。（

4、2）選擇結(jié)構(gòu)匹配的明膠和氧化石墨烯作為組裝材料，通過多重作用（靜電引力、氫鍵和疏水作用）驅(qū)動的層層自組裝過程制備超薄雜化膜。通過調(diào)控界面作用強(qiáng)度可優(yōu)化多層膜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)擴(kuò)散機(jī)制優(yōu)化，所制備的多層膜相比于純明膠膜可實現(xiàn)滲透通量和分離因子的同時提高。
　　高分子-填充劑界面多重作用調(diào)控：（1）基于自由基聚合方法制備兩性離子接枝改性的氧化石墨烯作為填充劑制備超薄共混雜化膜。兩性離子基團(tuán)的引入可優(yōu)化雜化膜親疏性，界面靜電引力及氫鍵的多重

5、作用可優(yōu)化雜化膜自由體積特性及結(jié)晶度，實現(xiàn)溶解機(jī)制與擴(kuò)散機(jī)制的集成優(yōu)化，所制備的雜化膜相比于純海藻酸鈉膜可實現(xiàn)滲透通量和分離因子的同時提高，滲透通量為2140 g/m2h，分離因子為1370。（2）基于金屬-兒茶酚螯合作用在TiCl4溶膠凝膠過程中加入改性劑同步改性制備超薄原位雜化膜。改性劑的引入可提高界面親水基團(tuán)含量以優(yōu)化雜化膜親疏性，可調(diào)控界面共價鍵及氫鍵作用數(shù)量以優(yōu)化雜化膜自由體積特性及界面結(jié)構(gòu)形態(tài)，實現(xiàn)溶解機(jī)制與擴(kuò)散機(jī)制的集成優(yōu)