超薄復(fù)合膜的理性設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)調(diào)控及脫濕性能研究.pdf

1、受細(xì)胞膜內(nèi)水傳遞通道的啟發(fā)，在膜內(nèi)構(gòu)建水分子傳遞通道，以提高水分子在膜內(nèi)的擴(kuò)散特性，同時(shí)通過(guò)降低膜的厚度，縮短水分子擴(kuò)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(gòu)建和復(fù)合膜表皮層的超薄化為出發(fā)點(diǎn)，以水/丙烯混合氣為模型體系，制備了PVA-EDTMPA/PS復(fù)合膜、PVA-silica/PS雜化復(fù)合膜、Gelatin-silica/PS雜化復(fù)合膜和Polydopamine/PS復(fù)合膜。采用SEM、TEM、NMR、XRD、DS

2、C、TG和PAS等方法對(duì)膜進(jìn)行了表征，系統(tǒng)研究了膜的吸附、擴(kuò)散和氣體脫濕性能，并通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬考察了膜的結(jié)構(gòu)以及水分子在膜內(nèi)的擴(kuò)散過(guò)程。
　　 通過(guò)在PVA內(nèi)引入EDTMPA，利用兩者之間較強(qiáng)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(dāng)EDTMPA含量小于10wt.％時(shí)，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(kuò)散。當(dāng)EDTMPA含量在10-30 wt.％之間時(shí)，膜內(nèi)自由水含

3、量升高。由于自由水的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于結(jié)合水的擴(kuò)散系數(shù)，當(dāng)膜內(nèi)自由水含量達(dá)到最高(24％)時(shí)，滲透率達(dá)997.7 GPU，分離因子為無(wú)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(dǎo)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(fù)合膜。通過(guò)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(kuò)散系數(shù)(2.82×10-7 cm2/s)高于PVA主體(1.05×10-7cm2/s)，雜化復(fù)合膜的滲透率可達(dá)1200 GPU，分離因子達(dá)無(wú)窮大(硅酸鈉濃度為30 mM，pH為7.0，浸泡時(shí)間為1 h)。
　　 基于生物礦化原理，利用明膠的誘導(dǎo)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(fù)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(fù)合膜的滲透率可達(dá)2497 GPU，分離因子達(dá)無(wú)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(fù)合膜。通過(guò)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