呼吸图法制备均孔膜：固体基底研究

作     者：吴联巍 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：万灵书

授予年度：2016年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：呼吸图法 均孔膜 精密分离 成膜基底 多巴胺 表面改性 

摘      要：聚合物分离膜在环境、食品、医疗卫生等领域有广泛的应用。微滤、超滤等分离过程的机理是孔径筛分,膜的孔径及其分布对分离性能具有重要影响。普通相转化法制备的膜孔径多分散、孔道弯曲,影响膜的分离精度。均孔膜由于其孔径单分散、孔道直通,具备分离精度高、过膜压力小等优点而备受关注。目前制备均孔膜的方法包括径迹蚀刻法、微加工法、自组装法(呼吸图法与嵌段共聚物相分离)等等。呼吸图法作为一种经济、简便而且膜孔尺寸动态可控的自组装方法,近年来引起了研究者们的兴趣。然而,目前利用呼吸图法在固体基底上制备的均孔膜大多是非贯通的,而贯通型均孔膜的制备通常以水面或者冰面作为基底,不利于贯通型均孔膜的规模化制备。为解决上述问题,本文提出一种通用的在固体基底表面制备贯通型均孔膜的新策略。其一般过程如下：在固体基底表面旋涂一层亲水性聚合物;以呼吸图法在其表面制备呼吸图有序阵列;将亲水聚合物溶解,实现均孔膜与基底分离;将均孔膜与大孔支撑层复合得到均孔复合膜。该策略的创新点在于通过引入亲水聚合物牺牲层,该牺牲层的功能体现在三个方面：辅助成膜溶液铺展,诱导贯通孔形成,以及实现均孔膜的转移。实验结果证明该策略适用于不同的亲水聚合物、固体基底、成膜聚合物和成膜溶剂,为呼吸图法规模化制备均孔膜奠定了基础。将上述方法制得的均孔膜用于酵母菌分离,仅在重力驱动下进行过滤,实现了接近100%的截留率,证明该方法得到的均孔膜有望应用于精密分离领域。采用沉积法在固体表面引入聚多巴胺亲水涂层,同样能实现不同固体基底表面制备贯通型均孔膜。进一步地,通过对聚多巴胺涂层的可控修饰,制备了亲水性梯度变化的—系列固体基底,用于均孔膜制备。研究发现,随着基底表面涂层亲水性降低,均孔膜膜孔的贯通比例明显下降。而在含氟的基底表面,疏水性进一步提高,成膜溶液的铺展受到抑制,表现为溶液厚度增加,制备的均孔膜孔径明显增大。因此,通过改变固体基底的表面化学性质,能对均孔膜形貌进行有效调控。