有机—无机微纳杂化多层膜制备及界面性质调控

• 作 者: 张蕾
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 超亲水 渗透汽化 有机-无机杂化膜 二氧化钛纳米粒子 聚电解质 界面性质调控

近年来，通过改变化学组分或微结构而实现对表面润湿性的调控，正成为许多领域科学家关注的热点。本文试图分别从化学组分和几何微纳结构的调控两个方面入手，构筑超亲水表面，并尝试将其用于分离膜领域。　　本文第一部分采用动态LbL技术先将聚阳离子和聚阴离子层层吸附组装在基膜表面，形成聚电解质多层膜；再利用二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛与聚阳离子原位发生水解反应，生成二氧化钛纳米粒子，从而形成二氧化钛纳米杂化多层膜。进一步利用紫外光诱导形成超亲水性分离膜。通过AFM和SEM-EDX表征了杂化膜的形貌和微结构变化，结果显示，二氧化钛纳米粒子可以改变杂化膜表面形貌结构，显著提高杂化膜粗糙度，并且随着二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛溶液浓度增加，杂化膜的粗糙度增加；通过接触角测定仪，跟踪了紫外光照时间对杂化膜亲水性的影响。结果表明，随着光照时间的增加，杂化膜的亲水性增强。在光照4h时，可达到超亲水。渗透汽化评价结果表明，随着二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛溶液浓度增加，杂化膜的渗透通量增加，而分离因子出现先增大后减小的趋势。当二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛溶液浓度为0.25wt％时，对于95％乙醇/水分离体系，其渗透汽化透过液中水含量和通量分别为99.3％(a=2695)和601g/(m2·h)；随着预组装复合层数增加，杂化膜的渗透通量降低，分离因子升高。当预组装复合层数为四层时，对于95％乙醇/水分离体系，其渗透汽化透过液中水含量和通量分别为98.9％(a=1708)和726g/(m2·h)。　　本文第二部分从超亲水薄膜的微观结构入手，对其界面性质进行调控。在石英基片上层层自组装几种不同结构的多层膜，研究证实通过改变微纳结构可以获得超亲水表面。在几种结构中，微纳结构包络体薄膜亲水性最好，且薄膜随着复合层数的增加铺展时间缩短。进一步选用氧化铝陶瓷多孔管作为支撑体，利用动态LbL法，分别制得陶瓷管球堆积结构杂化膜和聚电解质填补型陶瓷管球堆积结构杂化膜。结果表明，微纳粒子间的堆积孔对渗透汽化分离因子影响较大，很难直接获得无缺隙的致密膜。通过聚电解质填补后，分离因子有较大提高。