超薄復合膜的理性設計、結(jié)構調(diào)控及脫濕性能研究.pdf

1、受細胞膜內(nèi)水傳遞通道的啟發(fā)，在膜內(nèi)構建水分子傳遞通道，以提高水分子在膜內(nèi)的擴散特性，同時通過降低膜的厚度，縮短水分子擴散路徑，最終提高膜的脫濕性能。論文以膜內(nèi)水傳遞通道的理性構建和復合膜表皮層的超薄化為出發(fā)點，以水/丙烯混合氣為模型體系，制備了PVA-EDTMPA/PS復合膜、PVA-silica/PS雜化復合膜、Gelatin-silica/PS雜化復合膜和Polydopamine/PS復合膜。采用SEM、TEM、NMR、XRD、DS

2、C、TG和PAS等方法對膜進行了表征，系統(tǒng)研究了膜的吸附、擴散和氣體脫濕性能，并通過分子動力學模擬考察了膜的結(jié)構以及水分子在膜內(nèi)的擴散過程。
　　 通過在PVA內(nèi)引入EDTMPA，利用兩者之間較強的相互作用，調(diào)控膜的自由體積特性，增大膜內(nèi)水通道的體積和數(shù)量，并改變膜內(nèi)水分子的狀態(tài)。當EDTMPA含量小于10wt.％時，膜內(nèi)水通道的體積和數(shù)量增大，利于水分子在膜內(nèi)的擴散。當EDTMPA含量在10-30 wt.％之間時，膜內(nèi)自由水含

3、量升高。由于自由水的擴散系數(shù)遠大于結(jié)合水的擴散系數(shù)，當膜內(nèi)自由水含量達到最高(24％)時，滲透率達997.7 GPU，分離因子為無窮大(EDTMPA含量為20 wt.％)。
　　 將仿生礦化和高分子調(diào)控相結(jié)合，利用精蛋白的誘導作用，在PVA主體內(nèi)原位合成大小均一、分散良好的氧化硅納米粒子，制備出具有超薄PVA-silica雜化表皮層(0.8-1.0μm)的復合膜。通過改變PVA的熱處理溫度，控制PVA內(nèi)受限空間的大小，制備出平均

4、粒徑為14.3、9.5和8.0 nm的氧化硅顆粒。由于水分子在PVA-silica界面通道內(nèi)的擴散系數(shù)(2.82×10-7 cm2/s)高于PVA主體(1.05×10-7cm2/s)，雜化復合膜的滲透率可達1200 GPU，分離因子達無窮大(硅酸鈉濃度為30 mM，pH為7.0，浸泡時間為1 h)。
　　 基于生物礦化原理，利用明膠的誘導作用和良好的成膜性能制備出具有超薄Gelatin-silica雜化表皮層(0.4-0.6μm

5、)的復合膜，氧化硅納米顆粒大小均勻，在表皮層內(nèi)分散良好。明膠-silica界面通道的存在和明膠內(nèi)主體通道連通性的改善，使得雜化復合膜的滲透率可達2497 GPU，分離因子達無窮大(膜內(nèi)氧化硅含量為4.5 wt.％，pH為7.0，制備溫度為40℃)。
　　 利用仿生粘合劑多巴胺的迅速自聚合及其與支撐層之間的多種相互作用，制備出具有超薄表皮層(10-90 nm)的復合膜。通過改變制備條件可調(diào)控表皮層的厚度和致密度。利用聚多巴胺特殊的