导电聚合物/聚四氟乙烯复合薄膜的制备与研究

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导电高分子具有优良的电化学可逆性、环境稳定性,一直以来是人们研究的热点,但由于共轭导电聚合物的加工性差、力学性能低等缺陷,使其在工业上的应用受到制约。将共轭导电聚合物与其它基体材料复合,是克服其加工性能差、力学性能低、并获得优良综合性能的有效途径之一。聚四氟乙烯(PTFE)薄膜具有较好化学稳定性、耐热性、优异力学性能,是导电聚合物支撑膜较佳选择,具有其他高分子薄膜无可取代的地位,该复合薄膜兼有导电聚合物和PTFE的特性,可拓宽PTFE薄膜的应用领域。本论文采用双向拉伸制备的超疏水PTFE薄膜作为基膜,在其表面构筑导电聚合物纳米结构,成功制备得到具有水处理过滤功能、催化功能、空气杀菌过滤功能的复合薄膜。本论文主要工作内容如下:1.亲水性聚四氟乙烯/聚苯胺(PANI) (PTFE/PANI)复合膜的制备与研究(水处理过滤膜)一步法成功制备得到PTFE/全氟磺酸聚合物(Nafion)/PANI导电复合薄膜,薄膜导电率为0.4 S/cm,薄膜具有超亲水性能,接触角为0°,通过调节[苯胺]/[对-甲基苯磺酸]([ANI]/[p-TSA])的不同比率可在PTFE/Nafion薄膜表面构筑海胆状、片状、花状球形聚苯胺(PANI)。该导电复合薄膜在掺杂态具有亲水性能以及良好的环境稳定性,可应用于苛刻条件下污水处理。由于聚苯胺具有吸附重金属离子(如铅、汞、铬、金、银等)的功能,故该导电复合薄膜在过滤污水中固体悬浮物的同时具有吸附污水中重金属离子的功能,可对水质起到改善和净化作用。2.聚四氟乙烯/聚苯胺/金(PTFE/PANI/Au)复合薄膜的制备与应用(催化功能薄膜)通过一步法成功制备出PTFE/PANI/Au复合膜,并运用SEM、UV、XRD和FTIR对复合薄膜的形貌和结构进行表征。该复合薄膜在对-硝基苯酚和硼氢化钠之间的氧化还原反应中具有催化活性,可作为先进的催化材料,具有操作方便、易于再生、无污染、易分离等特点。同时该复合膜在表面增强拉曼散射、生物传感等领域也有着广泛的应用前景。3.高憎水性聚四氟乙烯/银/聚吡咯(PTFE/Ag/PPy)复合膜的制备与应用(空气杀菌过滤膜)通过一步法成功制备得到两种不同类型PTFE@Ag/PPy-Ⅰ和PTFE@Ag/PPy-Ⅱ导电复合膜。其中,在PTFE/Nafion复合膜表面构筑Ag/PPy空心复合胶囊,可制备得PTFE@Ag/PPy-Ⅰ导电复合膜;在PTFE内部微纤维上包覆Ag/PPy形成具有核/壳纳米电缆结构可得PTFE@Ag/PPy-Ⅱ导电复合膜。这两种复合薄膜均具有较好的疏水性能,接触角大于130°,导电率分别在2×10-1和5×10-2S/cm左右,透气性分别在12.6和43.2L/dm2/min左右,两种导电复合膜均可应用于空气净化,具有自清洁、除尘、杀菌功能。4. Ag/PPy核-壳纳米粒子和空心复合胶囊在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和对-甲基苯磺酸(p-TSA)协同作用下,室温一步法成功制备出Ag@PPy核-壳纳米粒子,通过改变吡咯单体的浓度和反应时间,可以调节核-壳的尺寸大小。另外,在HCl存在的条件下,通过室温一步法成功制备出AgCl@Ag/PPy核-壳纳米粒子,AgCl核可通过硫代硫酸钠或氯化铵水溶液洗涤去除,从而制备得具有中空结构的Ag/PPy空心复合胶囊。Ag/PPy空心复合胶囊在催化反应器或生物传感器中具有潜在的应用价值,Ag@PPy核-壳纳米粒子在生物分析中也有着广泛的应用。
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