新型Janus膜的制備及其多功能應(yīng)用研究.pdf

1、Janus膜是指兩面具有不同性質(zhì)的膜材料，在兩側(cè)表面非對(duì)稱性潤(rùn)濕特性的驅(qū)動(dòng)下，液體可以在Janus膜的三維多孔橫截面層間發(fā)生各向異性運(yùn)輸，即液體“二極管”現(xiàn)象，該特性使得Janus膜在流體操縱、集霧、集水、微全分析等領(lǐng)域有巨大應(yīng)用前景。但是目前的Janus膜存在制備工藝復(fù)雜和成本較高等缺點(diǎn)，阻礙了Janus的實(shí)際應(yīng)用。此外，如何賦予Janus膜以多功能性和更加新穎的應(yīng)用仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此開發(fā)簡(jiǎn)易的制備方法和探索多功能化響應(yīng)為Janus

2、膜的研究重點(diǎn)。
　　基于商業(yè)化的聚四氟乙烯（PTFE）復(fù)合微濾膜獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和表面特性，本研究分別針對(duì)親疏水型PTFE復(fù)合微濾膜進(jìn)行改性制備水、油單通道的Janus膜。一方面針對(duì)親水型PTFE復(fù)合微濾膜，分別采用膠帶直接剝離選擇層和智能響應(yīng)表面改性之后剝離選擇層兩種方式制備水單通道的Janus膜。另一方面針對(duì)疏水型PTFE復(fù)合微濾膜，采用多巴胺單側(cè)漂浮改性賦予疏水膜表面親水性。研究表面功能響應(yīng)改性、膠帶剝離和多巴胺單側(cè)親水改性對(duì)膜表

3、面微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)性能和應(yīng)用擴(kuò)展的影響。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察膜改性前后的微觀形貌，通過能量色散X射線光譜（EDX）和X-射線光電子能譜（XPS）分析膜表面的化學(xué)組成及相對(duì)含量，通過紫外可見分光光度計(jì)（UV-vis）分析膜的染料吸附性能，通過接觸角（CA）分析膜表面的潤(rùn)濕性能。同時(shí)通過界面處液體的透過實(shí)驗(yàn)測(cè)試液體的單向通過性，探索了油單通道Janus膜分離水包油乳液的應(yīng)用，探索Janus膜和對(duì)照組的親疏水膜收集及鎖住液體的能力及

4、相應(yīng)機(jī)理。利用概念驗(yàn)證的方法，探索了Janus膜表面形貌及化學(xué)組成、潤(rùn)濕性能、多功能響應(yīng)性與Janus性能的結(jié)合情況。
　　研究結(jié)果表明，膠帶剝離能夠撕裂PTFE選擇層，使得膜的表面產(chǎn)生疏水性，這種疏水性來源于PTFE的本質(zhì)疏水性及撕裂產(chǎn)生的微觀形貌，多巴胺單面改性可以賦予疏水膜上表面以較薄的親水層，Janus膜的較薄層通過相應(yīng)液體潤(rùn)濕使其薄層孔道減小，拉普拉斯內(nèi)壓力增大，具有相反性質(zhì)的液體只能在更高的靜態(tài)壓力作用下才可以穿透Ja