基于树状支化分子分离膜的研究

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树状支化分子具有独特的结构、性质,树状支化分子分为两类:树枝状大分子和超支化聚合物。虽然超支化聚合物的结构规整性不如树枝状大分子,但最大程度的保留了树枝状大分子的性质特征。其优点是可采用一步法合成,更容易实现大规模制备和应用。聚合物分离膜材料是膜分离技术的核心,在众多的聚合物分离膜材料设计与制备中,基于超支化聚合物的研究还非常少。本文基于超支化聚合物的结构和性能特点,提出超支化聚合物与聚合物分离膜相结合的研究,探讨了交联超支化聚(胺—酯)(HPAE)交联膜的制备及渗透汽化分离性能、HPAE结构及其交联对溶液相转化法聚偏氟乙烯(PVDF)多孔膜结构与性能的影响、聚(酰胺—胺)树枝状大分子和HPAE在制备纳米铜粒子中的模板作用。 研究中,通过发散法合成了树枝状大分子聚(酰胺—胺)(PAMAM),通过准一步法合成了超支化聚(胺—酯)(HPAE)。凝胶渗透色谱结果表明PAMAM、HPAE具有较窄的分子量分布;溶液特性粘数表明PAMAM、HPAE的特性粘数随分子量的升高先增大后减小,随着温度的升高而逐渐降低。 利用戊二醛、丁二酸酐将HPAE分子交联得到了自支撑的致密膜,研究交联体系中羟/醛比和HPAE分子代数对HPAE交联膜形态和性能的影响。SEM、AFM结果表明,通过交联HPAE末端基团,可得到致密、平整的交联膜,膜表面的粗糙度随羟/醛比升高和HPAE分子代数的升高而增大;HPAE-GA交联膜有很好的亲水性,其水接触角小于45°;HPAE-GA交联膜可在不同的溶剂中溶胀,由于HPAE分子内部含有部分纳米孔洞,HPAE交联膜具有较高的溶胀度,饱和溶胀度主要受溶剂极性影响,随溶剂极性增强而增大(在水中的溶胀大于63%);HPAE交联膜的断裂强度高于0.3Mpa,蛋白质吸附量小于76μg/cm~3。 研究了HPAE-GA交联膜对水/异丙醇的渗透汽化分离行为。由于HPAE在水中具有较高的溶胀度,将HPAE-GA交联膜用作渗透汽化分离过程时,随料液中水含量的升高,分离因子降低,渗透通量增大;用厚度为200μm、羟醛比为2:1交联得到的G4-HPAE-GA交联膜分离含水10.5wt%的异丙醇时,分离因子(α)为27.6,渗透通量(J)为2014.8g/m~2h。HPAE分子代数升高后饱和溶胀度升高,G5-HPAE-GA交联膜比G4-HPAE-GA交联膜表现出更小的分离因子和更大的渗透通量。
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