静电自组装法制备复合分离膜 ——用季铵盐和聚丙烯酸在丙烯腈丙烯酸共聚物膜表面上通过静电自组装法制备多层复合分离膜

论文摘要

膜分离是通过利用薄膜对混合组分的选择透过性能使混合物分离的过程。膜分离过程具有能耗低、过程简单、不污染环境等特点，是替代传统的分离方法，解决当代能源、资源和环境问题的重要高新技术。目前，广泛应用于食品、饮料加工过程、工业污水处理、大规模空气分离、冶金技术、气体和液体燃料的生产以及石油化工制品生产等。静电自组装技术也被称为离子自组装薄膜技术。用静电自组装技术制备出的复合薄膜因其具有纳米级结构、热稳定性好、机械性能好、制备过程简单、成膜不受基片形状大小限制、成膜速度快、生产成本低、对环境污染小等优点而受到世界众多研究者的注目。静电自组装技术制备的薄膜可以形成单分子层复合结构，并且膜的厚度可以得到精确的控制。由于其厚度、组成可精确控制的特点，可根据需要得到由超薄单层、双层到层次分明的多层复合膜。所制备的薄膜层与层之间依靠静电吸引等作用结合在一起，不需再进行后处理就可得到热稳定好、机械性能好的复合膜。而且在制备时所使用的是对周围环境友好的水溶液，从而减小了对环境的污染。与之前研究者制备的聚合物离子复合分离膜不同，本研究中利用静电自组装方法，分别以十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）和四甲基氯化铵（TMAC）为阳离子，聚丙烯酸（PAA）为阴离子在丙烯腈和丙烯酸共聚物[P（AN-co-AA）]膜的表层交替沉积制备两种多层复合分离膜。用FT-IR考察了离子间的相互作用力；用SEM和AFM分别考察了多层复合膜的断面结构和膜的表面形貌结构；通过测量复合膜表面的接触角来表征膜的表面性质；结果证实了复合膜的形成。通过分析复合膜的纯水透过量和对具有不同分子量的大分子溶液的透过试验结果对复合膜的性能进行了评价。结果显示可以用季铵盐和聚丙烯酸对丙烯腈和丙烯酸共聚物膜进行改性，特别是在基膜上交替沉积3个单层所制备的P（AN-co-AA）／CTAC／PAA复合膜对分子量为20000的聚乙二醇溶液和分子量为500000的葡聚糖溶液的截留率已达到了100％，大大提高了基膜的分离能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 本工作研究背景、研究目的、设计思路及研究内容
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 静电自组装技术
• 1.1.2 影响静电自组装多层超薄膜结构的因素
• 1.1.3 静电自组装薄膜的研究进展
• 1.2 研究目的
• 1.3 研究内容
• 1.4 设计思路
• 1.4.1 带电离子的选择
• 1.4.2 膜材料的选择
• 1.4.3 制膜方法的选择
• 第二章 用静电自组装法制备 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA复合膜
• 2.1 试验部分
• 2.1.1 试验试剂与仪器
• 2.1.2 P（AN-co-AA）共聚物的合成
• 2.1.3 P（AN-co-AA）共聚物膜分子量的测定
• 2.1.4 P（AN-co-AA）共聚物膜的制备
• 2.1.5 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA复合膜的制备
• 2.1.6 P（AN-co-AA）基膜和P（AN-co-AA）/CTAC/PAA复合膜的红外光谱测定
• 2.1.7 膜的结构形态观察
• 2.1.7.1 扫描电子显微镜（SEM）观察
• 2.1.7.2 原子力显微镜（AFM）观察
• 2.1.8 膜的性能评价
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 P（AN-co-AA）基膜和P（AN-co-AA）/CTAC/PAA复合膜的红外光谱测定
• 2.2.2 膜的结构形态表征
• 2.2.2.1 扫描电子显微镜（SEM）观察
• 2.2.3 膜性能评价
• 2.3 本章小结
• 第三章 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层膜的研究
• 3.1 试验部分
• 3.1.1 实验试剂与仪器
• 3.1.2 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层复合膜的制备
• 3.1.3 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层复合膜的红外光谱测试
• 3.1.4 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层复合膜的表面形态表征
• 3.1.5 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层复合膜表面亲水性能的表征
• 3.1.6 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层复合膜膜性能的表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层复合膜的FT-IR光谱图分析
• 3.2.2 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层复合膜的表面形貌表征
• 3.2.3 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层复合膜的表面的亲水性能表征
• 3.2.4 P（AN-co-AA）/CTAC/PAA和P（AN-co-AA）/TMAC/PAA多层复合膜的膜性能的评价
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的文章
• 致谢