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利用层层吸附自组装技术(LbL)组装聚电解质多层膜正在许多领域发挥着重要作用。本文在课题组前期动态LbL技术研究的基础上,发展了以配位作用为驱动力在不同形式有机多孔聚合物支撑体上构筑具有选择性分离的功能薄膜。
首先,在刚性基片上以配位作用为驱动力进行聚电解质多层膜的自组装。采用紫外可见分光光度计(UV)跟踪测试了(PSS(Co)1/2/P4VP)n多层膜在石英基片上的生长情况为线性生长,并用台阶仪测定每一层薄膜的厚度大约在3.5 nm。利用红外光谱和X-射线光电子能谱证实了层与层之间的作用力为过渡金属钴与官能团吡啶环的配位作用。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)表征了多层膜的形貌和结构特征。
本文进一步以配位作用为驱动力在聚丙烯腈超滤膜上组装多层膜,并用于不同体系的分离。通过动态LbL法在聚丙烯腈(PAN)平板超滤膜上成功组装了(PSS(Co)1/2/P4VP)n/PEI/PAN多层膜,将组装的多层膜用于多种有机溶剂/水体系的渗透汽化分离。结果表明,当进料液温度为60℃,乙醇含量为95wt%的乙醇/水溶液,多层膜的分离因子高达4731,渗透通量达248g/(m2·h)。初步探索了多层膜对苯/环己烷体系分离的可行性。结果显示,当苯/环己烷体系中苯的浓度为50%,温度为70℃,多层膜的分离因子α和渗透通量J分别为7.3和150g/(m2·h)。考察了多层膜对离子Mg2+、SO42-、Na+、Cl-的截留,结果表明多层膜对于一价和二价离子有一定的分离,具有纳滤膜的性能。通过比较静电作用和配位作用两种不同驱动力的动态LbL法所得膜的分离性能,发现基于配位作用组装的多层膜分离性能和耐溶剂性都有一定优势。此外,本文还通过动态负压LbL法在聚丙烯腈(PAN)中空纤维超滤膜内皮层上组装了PSS(Co)1/2/P4VP)n/PEI/PAN多层膜,并用于乙醇/水体系的分离,首次实现了在三维立体结构的中空纤维内皮层上成功构筑具有选择性分离功能的配位多层膜,开辟了一类新的分离膜材料体系。