聚电解质复合物膜的动态强化组装技术

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1、·36·新膜过程研究与应用研讨会论文集2008年12月聚电解质复合物膜的动态强化组装技术张国俊1，纪树兰1，刘忠洲1，2(1．北京工业大学环境与能源工程学院，北京100022；2．中国科学院生态环境研究中心，北京100085)摘要：动态强化组装技术是新近被发展的一种制备聚电解质复合物的新方法，该法巧妙地利用外加力与聚离子间静电吸附力的协同作用，强化组装过程，简化成膜程序，本文总结了近年来课题组在这一领域的研究进展．关键词：动态强化组装；聚电解质复合物膜；渗透汽化中图分类号：TQ028。8文献标识码：A超分子是基于分子间的非共价键相互作用而形成的

2、分子聚集体，它提供了用分子聚集体来构筑具有不同功能化新物质的一条捷径⋯．具有层状结构超薄膜的组装和功能化是这一领域的研究热点．基于自组装过程的超薄膜首先是由Langmuir—BIod—gett(LB)技术制备得到的LB膜⋯2，基本原理是将带有亲水头基和和疏水长链的两亲性分子在亚相表面铺展形成单层膜，然后将单层膜在恒定压力下转移到基片上形成LB膜．LB膜有序度高，但由于层间亲水僦水弱作用力，因此稳定性较差，而且对基底要求较高，应用受到一定限制．1966年Iler等人[3j3报道了将表面带有电荷的固体基片在带有相反电荷的胶体微粒溶液中交替沉积形成胶

3、体微粒超薄膜．1991年Decher等人[4]重新提出静电交替沉积技术，用于聚电解质和有机小分子的超薄膜的制备．目前，这种以交替沉积的层层静电吸附(LBL)技术组装的聚电解质多层膜正在许多领域发挥着重要作用，如生物传感器、药物释放和光电器件修饰等等．LBL技术的发展同时为分离膜的构筑和功能化提供了新思路，LBL技术已被研究用于渗透汽化、纳滤、反渗透和手性拆分膜的组装．其中Tieke的研究小组【5_7J开展了大量采用UjL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为深入和系统的研究．国内，金万勤等人【8J8首先对无机陶瓷

4、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一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装的方法[9—11,13-16]，并将其用于平板和中空纤维渗透汽化膜的组装，本文将结合我们的研究工作，介绍组聚电解质复合物膜的动态强化组装技术及其应用．1动态强化组装技术1．1成膜过程UjL技术[4J是首先将基底(支撑体)进行荷电处理，浸入聚阳(阴)离子大分子溶液中，然后在纯水中洗涤，再浸入聚阴(阳)离子的溶液中，反复多次后形

5、成超薄的分离层．石英、单晶硅、云母、ITO玻璃或多孔膜等都可作为静电组装的基底．对LBL自组装而言，不受基底大小、形状、拓扑结构的限制，只要能吸附聚电解质，就可用于聚电解质膜的制备．在分离膜领域，基底多以多子L的超滤或微滤膜为主．鉴于多孔膜与其他基底相比具有在压力作用下的通透特性，我们根据UjL技术和动态成膜法的各自特点，最早提出了利用外加压力协同LBL组装聚电解质多层膜的动态UjL技术组装[9,10]．动态UjL技术收稿日期：2008—10—30基金项目：国家基础研究发展计划(973计划)项目(2003CB615701)；国家自然科学基金(2

6、0806001。20876003)；北京市科技新星计划(2006813)；北京市自然科学基金重点基金(8071001)作者简介：张国俊。山西人，博七，副研究员，主要从事膜分离及水处理技术的研究，Emaihzhanggi@bjut．edu．Crl；参加本研究工作的还有谷维梁、闰海红、高学、宋雪、王乃鑫，阮振刚，郭建雄．论文集张国俊等：聚电解质复合物膜的动态强化组装技术·37·成膜过程见图1，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LB

7、L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；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．1．2平板式聚电解质复合物膜组装目前，动态强化组装技术的研究工作主要集中在渗透汽化、纳滤或反渗透复合致密膜的制备．与多孔膜不同的是，渗透汽化膜对分离层的致密性和完整性都有非常高的要求．当采用静态UjL法时，若复合层数较少，复合膜会存在缺陷，因此，静态UjL法通常要求的复合

8、数达到数十层．而采用动态LBL法时，聚离子溶液容易在压力作用下向大孔处聚集，当其透过基膜时，会使基膜尽量多的表面和孔内表面都覆盖一层聚离子薄层，均匀性