外力协同强化静电吸附制备聚离子复合膜的研究

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1、外力协同强化静电吸附制备聚离子复合膜的研究*张国俊，高学，宋雪，纪树兰**，刘忠洲1．北京工业大学环境与能源工程学院，100022，北京2．中国科学院生态环境研究中心，100085，北京摘要：层层静电吸附（LBL）技术是一种在静电作用力下构筑复合有机超薄膜结构的有效方法，本研究提出利用在外加力与聚离子间静电吸附力的协同作用，强化组装聚离子复合膜的方法，该法一般可在复合5层以内获得性能较好的渗透汽化复合膜。本文通过对不同成膜方法进行对比及膜的AFM分析，探讨聚离子复合膜组装过程中层界结构与膜性能之间的关联规律。关键词：层层静电吸附；聚离子复合膜；渗透汽化利用聚阴阳离子之间的静电

2、吸附作用力，以交替沉积的层层静电吸附（LBL）技术组装聚电解质多层膜目前正在许多领域发挥着重要作用，渗透汽化膜是其中具有代表性和重要的一个热点课题。国内外学[1-7][1-3]者在这一领域已作了大量卓有成效的工作。其中Tieke的研究小组在这方面的工作最有代表性，他们开展了大量采用LBL法制备渗透汽化膜的研究，对不同聚离子派对、电荷密度等自组装条件作了较[4]为深入和系统的研究。国内，金万勤等人首先对无机陶瓷膜进行溶胶凝胶改性，然后再利用LBL法组装聚离子派对，制备了高通量的有机-无机复合渗透汽化膜。我们课题组则在探索利用外加力来协同强化静电吸附制备聚离子复合膜方面开展了一些

3、工作，相继提出了采用外加压力和电场力来强化静电吸附组[8-12]装的方法。1.外力协同强化静电吸附成膜的实施及特点[8，9]我们根据LBL技术和动态成膜法的各自特点，提出一种动态LBL技术组装聚电解质多层膜。动态LBL技术是在一定压力作用下强制地将聚阴离子和聚阳离子制膜料液交替地在基膜表面动态加压过滤，聚电解质和聚电解质复合物被支撑膜截留，从而形成复合膜。该法的特点是可以实现LBL技术和动态成膜法的优势互补，既发挥了动态压力作用下可提高分离层致密性的优点，又利用聚阴阳离子派对之间的静电作用，克服单纯动态法分离层易剥离的缺陷。此外，该法比较灵活，可以在死端或错流过滤系统中实现；

4、既可利用正压，也可利用负压；既可用于平板膜也可用于其它形式组件形式复合膜组装。电场强化静电吸附制备聚离子复合膜技术是在动态LBL技术研究的基础上，提出利用聚电解质的荷电性能，在静电吸附组装过程，引入外加电场力，实现对聚电解质复合膜的强化制备和结构调控，成膜工艺见图1。如图所示，在组装过程，支撑膜被置于一个电容器中，当聚电解质与支撑膜表面接触时，控制电场方向，聚电解质在电场力作用下定向迁移，并与支撑膜有序结合。通过前期的探索研究，该法已被证明是一种行之有效的新途径，但主要适于组装平板膜，用于中空纤维和管式膜时较难实现。相比传统的静态LBL技术，上述两种外力强化静电吸附法增加了一

5、定的成膜设备，但简化了制膜程序。且这些成膜设备均比较简单，一次性投资成本低，而且这两种方法更适于大型膜组件的组装。*北京市科技新星计划（B类）（2006B13），北京市自然科学基金重点基金（07h0003），国家基础研究发展计划（973计划）项目（No.2003CB615701）**通讯联系人，电话：010-67392961，传真：010-67391983，email:jshl@bjut.edu.cn第一作者：山西人，博士，副研究员，主要从事膜分离及水处理技术的研究，email:zhanggj@bjut.edu.cnPressuregaugeRetentateV3P2Pres

6、suregaugeRecycleP1V2tankCrossflowcapacitorcellSupportmembraneDCpowersupplyV1PermeatePolyelectrolytesolutionPeristalticpumpPermeatebeaker图1电场强化静电吸附成膜装置2.结果及讨论本文所用的实验材料、仪器、成膜装置及渗透汽化装置已在前文叙述，不再累述。利用加压动态LBL法和静态LBL法组装的聚离子复合膜的性能对比见表1。表1LBL组装聚离子复合膜性能对比温度分离因渗透通量方法派对数支撑膜聚离子派对料液Reference2（℃）子(g/mh)Ox

7、ygen静态93.8wt%60plasmatreatedPVA/PVS58.5700500[1]LBLethanol/waterPAN/PETOxygen静态60plasmatreatedPVA/PVS80wt%ethanol/water58.5>10001500[1]LBLPAN/PET静态88wt%＞20Polyamide-6PEI/Alginate50300[5]LBL2-propanol/water10000静态Alumina10.5BPDA-DABA/PAH90wt%ethanol/water