本文關(guān)鍵詞：新型Janus膜的制備及其多功能應用研究

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【摘要】：Janus膜是指兩面具有不同性質(zhì)的膜材料,在兩側(cè)表面非對稱性潤濕特性的驅(qū)動下,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、微全分析等領域有巨大應用前景。但是目前的Janus膜存在制備工藝復雜和成本較高等缺點,阻礙了Janus的實際應用。此外,如何賦予Janus膜以多功能性和更加新穎的應用仍然是一個挑戰(zhàn)。因此開發(fā)簡易的制備方法和探索多功能化響應為Janus膜的研究重點�；谏虡I(yè)化的聚四氟乙烯(PTFE)復合微濾膜獨特的結(jié)構(gòu)和表面特性,本研究分別針對親疏水型PTFE復合微濾膜進行改性制備水、油單通道的Janus膜。一方面針對親水型PTFE復合微濾膜,分別采用膠帶直接剝離選擇層和智能響應表面改性之后剝離選擇層兩種方式制備水單通道的Janus膜。另一方面針對疏水型PTFE復合微濾膜,采用多巴胺單側(cè)漂浮改性賦予疏水膜表面親水性。研究表面功能響應改性、膠帶剝離和多巴胺單側(cè)親水改性對膜表面微觀結(jié)構(gòu)、化學性能和應用擴展的影響。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)分析膜表面的化學組成及相對含量,通過紫外可見分光光度計(UV-vis)分析膜的染料吸附性能,通過接觸角(CA)分析膜表面的潤濕性能。同時通過界面處液體的透過實驗測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用,探索Janus膜和對照組的親疏水膜收集及鎖住液體的能力及相應機理。利用概念驗證的方法,探索了Janus膜表面形貌及化學組成、潤濕性能、多功能響應性與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液體潤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Janus膜,達到鎖住液體的效果,磁性Janus膜通過磁場控制收集并凈化染料廢水,pH響應Janus膜可以通過調(diào)節(jié)水滴或水相的pH值控制水滴在油/水界面的滲透性能,證明了表面改性技術(shù)和Janus性能的良好相容性。
【關(guān)鍵詞】：Janus膜 剝離 油水分離 智能響應
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題背景及研究的目的及意義10-11
• 1.2 Janus的概念11-12
• 1.3 Janus粒子的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.1 Janus粒子的制備方法12-15
• 1.3.2 Janus粒子的應用15
• 1.4 Janus膜的研究現(xiàn)狀15-20
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 實驗內(nèi)容及方法22-28
• 2.1 實驗原料及儀器設備22-23
• 2.1.1 實驗原料22
• 2.1.2 儀器設備22-23
• 2.2 實驗方法23-25
• 2.2.1 水通道Janus膜的制備24
• 2.2.2 油通道Janus膜的制備24
• 2.2.3 磁性Janus膜的制備24
• 2.2.4 pH響應Janus膜的制備24-25
• 2.3 分析表征測試方法25-28
• 2.3.1 接觸角測試25
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）測試25
• 2.3.3 能量色散X射線光譜（EDX）測試25
• 2.3.4 X射線光電子能譜（XPS）測試25-26
• 2.3.5 紫外可見分光光度計（UV-vis）測試26
• 2.3.6 油水單通道性能測試26
• 2.3.7 收集器油水收集性能測試26
• 2.3.8 油水乳液分離性能測試26-27
• 2.3.9 磁性Janus膜的彎曲穩(wěn)定性測試27-28
• 第3章 油水單通道Janus膜的制備及表征28-44
• 3.1 水單通道Janus膜的制備及表征28-35
• 3.1.1 水單通道Janus膜的制備28-29
• 3.1.2 水單通道Janus膜的接觸角測試表征29
• 3.1.3 水單通道Janus膜的的SEM測試表征29-30
• 3.1.4 水單通道Janus膜的XPS測試表征30-31
• 3.1.5 水單通道Janus膜的EDX測試表征31-32
• 3.1.6 水單通道Janus膜的水單通道性能測試32-33
• 3.1.7 水單通道Janus膜的應用拓展33-34
• 3.1.8 水單通道Janus膜的鎖水機理34-35
• 3.2 油單通道Janus膜的制備及表征35-42
• 3.2.1 油單通道Janus膜的制備35-36
• 3.2.2 油單通道Janus膜的SEM測試表征36-38
• 3.2.3 油單通道Janus膜的EDX測試表征38-39
• 3.2.4 油單通道Janus膜的XPS測試表征39
• 3.2.5 油單通道Janus膜的油單通道測試39-40
• 3.2.6 油單通道Janus膜的集油應用40-41
• 3.2.7 油單通道Janus膜的鎖油機理41-42
• 3.2.8 油單通道Janus膜的乳液分離應用42
• 3.3 本章小結(jié)42-44
• 第4章 磁性和pH響應Janus膜的制備及表征44-60
• 4.1 磁性Janus膜的制備及表征44-50
• 4.1.1 磁性Janus膜的制備44-45
• 4.1.2 磁性Janus膜的接觸角測試和磁性展示45-46
• 4.1.3 磁性Janus膜的SEM測試表征46-47
• 4.1.4 磁性Janus膜的彎曲穩(wěn)定性測試47-48
• 4.1.5 磁性Janus膜的XPS表征測試48-49
• 4.1.6 磁性Janus膜的應用拓展49-50
• 4.2 pH響應Janus膜的制備及表征50-58
• 4.2.1 pH響應Janus膜的制備50-51
• 4.2.2 pH響應Janus膜的SEM測試表征51-52
• 4.2.3 pH響應Janus膜的EDX表征52-54
• 4.2.4 pH響應Janus膜的XPS測試表征54
• 4.2.5 pH-rJM的接觸角測試表征54-55
• 4.2.6 pH響應Janus膜的水單通道測試55-58
• 4.3 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-69
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果69-71
• 致謝71

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本文編號：1105518