發(fā)布時間：2020-06-14 01:31

【摘要】：環(huán)境刺激響應型智能膜在控制釋放、智能控制分離、傳感器和手性拆分等方面具有廣闊的應用前景。目前關于溫度和pH雙重響應型智能開關膜的研究報道非常少,而采用原位自組裝技術在膜的孔表面構筑微凝膠水開關的智能開關膜研究尚未見到報道。因此,深入研究該類型智能開關膜的制備方法、構效關系和刺激響應機理,從而進一步構筑具有優(yōu)異開關因子、可逆響應性能的溫度和pH響應型智能膜具有重要十分重要的意義。本研究通過在聚合物多孔膜的孔表面和氧化石墨烯層間構筑刺激響應開關的方式,設計并成功制備了三種溫度和pH響應智能開關膜。采用二次自由基聚合法制備雙響應的P4VP核/PNIPAM殼微凝膠。以聚偏氟乙烯(PVDF)為基膜材料,通過相轉化法制備溫度和pH響應型智能開關膜(SGMs)。刺激響應微凝膠在相轉化過程中發(fā)生原位表面偏析并均勻地鑲嵌在膜的表面和孔表面上。我們在20~50°C和pH 2~6研究了智能開關膜的水力滲透性能,結果表明所制備的膜具有正溫度響應特性和正pH響應特性。其中智能開關膜M2具有最佳的雙重響應性能,它的水通量從20°C/pH 2的1.94 kg m~(-2) h~(-1)增加到50°C/pH 6的474.91 kg m~(-2) h~(-1),其開關因子達到245。研究表明,基于不同厚度的PNIPAM殼微凝膠的智能開關膜具有不同的溫度和pH響應特性。隨著PNIPAM的殼層厚度的增加,膜的溫度響應性能得到增強,但其pH響應性能卻受到抑制。通過原位組裝刺激響應型微凝膠作為多孔膜的開關,制備了一系列單或雙重溫度/pH響應型智能開關膜。高度交聯(lián)的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)P(NIPAM-MAA)微凝膠在乙酸輔助的相轉化過程中發(fā)生原位表面偏析,并且均勻地鑲嵌在聚醚砜(PES)膜的表面和孔表面。我們在25~70°C和pH 3~11下測試SGMs的水力滲透性能,發(fā)現(xiàn)具有雙響應的膜M0.2獲得意想不到的高開關因子,其雙響應開關因子為134.6。此外,基于不同NIPAM/MAA比例微凝膠的SGMs具有不同的溫度和pH響應特性。較高的NIPAM/MAA比例主導膜的溫度響應性能,較高的MAA/NIPAM比例主導膜的pH響應性能。這些在表面和孔表面上原位組裝微凝膠的SGMs具有增強的開關因子,可逆響應性能和自清潔性能�；谘趸�(GO)膜中的納米通道,我們通過過濾-組裝法制備了一種正溫度和負pH響應的GO/水凝膠復合膜(GOGM)。在GO和微凝膠的自組裝過程中,形狀脆弱的水凝膠被壓扁并嵌合在GO片層之間,同時還起著粘結GO片層的作用。嵌合在GO片之間溫度和pH響應水凝膠賦予GO膜可控的水通道,這些可控的水通道主要取決于可變的水凝膠尺寸和不變的GO層間距。研究表明膜的厚度和微凝膠/GO的比例都會影響GOGMs的水滲透性能和響應性能。所制備的智能開關膜具有良好的溫度和pH響應性能、可逆響應性能和對小分的智能滲透性能。綜上所述,本研究利用相轉化技術和自組裝技術成功地設計并制備了幾種具有溫度和pH響應的智能開關膜。通過結構分析、溫度和pH響應通量實驗、可逆響應實驗、自清潔實驗和刺激響應滲透/截留實驗,證明所制備的智能開關膜具有優(yōu)異的溫度和pH響應性能、可逆響應性能、自清潔性能和智能分離性能。 【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ051.893

【圖文】：

在 20 世紀 60 年代后迅速崛起的一門新型分離技術。經廣泛應用于化工、環(huán)境、冶金、能源、生化、制藥生（人工腎）、海水淡化、和飲用水制備等眾多領域，環(huán)境效益。其中具有可調孔徑/可調表面特性的環(huán)境刺術和智能材料的優(yōu)勢，得到越來越多研究人員的關注能膜概述兩個連續(xù)介質的選擇性屏障，它能借助于某種驅動力傳遞[1; 2]。膜可以是固相、液相和氣相，它的厚度從幾性是膜的固有特性。如圖 1-1 所示，分離膜對多組分體性作用，這一特性使其能夠應用于不同組分的分離。驅動力的作用下進行，這種驅動力主要是壓力差、電

溫度和 pH 刺激響應型智能開關膜的制備與性能研究道閉合，從而阻止物質的透過；當功能組分體積收縮時，膜的孔道開啟，這時物質可以自由透過。其三是智能材料均勻地分布在高分子膜內部。這類膜也被稱作均質凝膠膜[22]。均質凝膠膜在環(huán)境刺激過程中會發(fā)生整體膨脹或整體收縮，，從而改變膜的滲透性或選擇透過性。這類膜的工作特性屬于凝膠擴散機制[23; 24]。當凝膠溶脹時，滲透物質的擴散速率加快；當凝膠收縮，滲透物質的擴散速率減慢。

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 謝銳;劉壯;巨曉潔;汪偉;褚良銀;;智能高分子開關膜的制備方法研究進展[J];中國工程科學;2014年12期

2 謝銳;褚良銀;;環(huán)境響應型智能開關膜的研究進展[J];膜科學與技術;2007年04期

3 陳向榮;蘇志國;馬光輝;萬印華;;智能型分離膜研究[J];化學進展;2006年09期

相關博士學位論文 前2條

1 江萍;pH和溫度響應型高分子智能膜的制備、性能及應用研究[D];中南大學;2014年

2 謝銳;溫度響應與分子識別型智能核孔膜的制備與性能研究[D];四川大學;2007年

相關碩士學位論文 前1條

1 孫俊;吡咯烷酮衍生水溶性聚合物的熱響應行為及其分子結構依賴性[D];湘潭大學;2010年

本文編號：2712055