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渗透汽化过程是基于不同组分在膜中溶解-扩散行为的差异来实现分离的。膜材料和膜表面性质是决定其渗透汽化性能主要因素。对于优先透水渗透汽化膜,增强膜表面的亲水性可显著提高水分子在膜中的溶解扩散速率,从而提高分离性能。目前大部分有机膜表面对水的接触角基本在30°-80°将膜表面亲水性提高至超亲水状态(接触角小于5°)是一条获得高渗透汽化性能的重要途径。 近年来,将具有特殊性质的无机粒子引入到有机膜中制备具有超亲水表面的有机-无机杂化膜,已经成为众多领域科学家关注的热点。本文试图在聚电解质多层膜中引入具有超亲水潜质的无机材料构筑具有超亲水表面的杂化膜,将其用于膜分离领域。 本文第一部分在聚电解质多层膜中,原位紫外诱导二氧化钛纳米粒子生长,成功制备了超亲水纳米杂化膜。首先采用动态LbL法制备聚乙烯亚胺(PEI)/聚丙烯酸(PAA)多层膜,进一步通过组装二氧化钛的前驱体原位获得二氧化钛纳米粒子。随后对膜进行紫外光照,光诱导获得超亲水表面。结果表明,紫外光照10min时,接触角可由62°降至3°,成功制备出超亲水杂化膜。考察杂化膜对95wt%乙醇/水体系的渗透汽化性能,透过液中水含量可提高至99.89wt%,渗透通量可提高至865 g/(m2·h)。该杂化膜对于其他的醇/水体系同样具有良好的渗透汽化性能。这些结果证明了超亲水表面能够有效地改善渗透汽化脱水性能。 本文第二部分,将仿生矿化材料碳酸钙喷涂组装至聚乙烯亚胺/聚丙烯酸((PEI/PAA)n)多层膜中,通过有机模板法制备了碳酸钙杂化膜并将其应用到渗透汽化分离领域。利用SEM、EDX和XRD表征了多形状的方解石碳酸钙晶体均匀地分布在多层膜中;通过接触角测量发现当钙源浓度增大至0.4mol/L时,膜表面达到了超亲水状态;FTIR谱图阐明了聚丙烯酸能够提供碳酸钙晶体生长的基本骨架,促进仿生矿化过程。对95wt%乙醇/水体系渗透汽化测试,表明将氯化钙加入至聚乙烯亚胺同时将碳酸钠加入到聚丙烯酸中,钙源浓度为0.4mol/L,预涂20层聚电解质层时,杂化膜渗透汽化性能较好:渗透通量可达到1317 g/(m2·h),透过液中水含量为98.8wt%。相比纯的(PEI/PAA)20,通量提高了至少4倍,同时选择性也维持在较高的水平。喷涂组装仿生矿化碳酸钙杂化膜进一步证实了超亲水表面是提高渗透通量的一条有效途径。