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膜材料国内外研究现状及发展趋势

更新时间:2016-11-9:  来源:毕业论文

膜材料国内外研究现状及发展趋势 膜材料简介与发展趋势
(1) 有机/无机复合介孔膜
近年来,随着纳米技术特别是模板法的建立,使得多孔固体材料的可控制备成为可能介孔氧化铝具有较大的比表面积、规则有序的孔道结构等优点,有利于活性组分的分散及反应物分子的吸附与扩散,但经高温灼烧或在高温反应条件下介孔氧化铝的大部分孔结构发生坍塌,导致比表面积大幅度地下降和活性组分的聚结,因而其热稳定性较差。在过去的10年里,尽管国内外学者研究了以非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂为模板剂合成介孔氧化铝的方法,但是得到的大多数介孔氧化铝均为无定形粉末,大大地限制了其在催化中的应用[17]。近几年, 随着MEMS(micro electro mechanical system) 技术的发展,多孔硅的一个崭新应用领域展现在人们面前,即可以作为MEMS中的功能结构层或是牺牲层材料[18]。介孔氧化硅由于具有高度均一、有序的孔道结构以及可调的孔径(2~30nm),因此可以作为合成均一、有序纳米结构的理想模板[19]。英国在对待图书净价协议上的做法与启示
虽然介孔材料有着十分优良的性质,但1O余年来,对于介孔材料的研究主要集中于粉体材料的制备及性能表征。由于材料是粉末颗粒状的,吸附分离和催化过程需要间歇进行,因此限制了其催化、分离的使用范围和效率。如将介孔材料做成连续膜状结构,则可使间隙进行的吸附分离过程连续化,简化操作过程并扩大应用范围。同时介孔薄膜在传感器件、异相催化、低介电常数微电子绝缘片等方面显示了其潜在的应用价值,这些用途都要求介孔材料以膜的形式出现[22]。
近几年,科学工作者们对介孔分子筛膜的研究也给予了很大的关注,多种功能介孔薄膜被制备出来。介孔二氧化硅薄膜具有多孔二氧化硅薄膜的各种优良物理特性:如具有超低的折射率和低介电常数等。正因为介孔薄膜显示出非常广泛的应用前景,近年来关于二氧化硅介孔薄膜的制备报道逐渐增多,如利用气一液、固一液或液一液界面相互作用进行两相界面外延生长技术,以及借助溶剂蒸发诱导自组装(EISA)方法[14]。
模板合成法是一种经常被用来合成介孔材料的方法。模板法也可分为软模板法和硬模板法。软模板法就是利用表面活性剂溶解在水中,然后加入形成骨架的物源,通过表面活性剂的自组装,形成一种复合介孔结构。再通过煅烧或者溶剂萃取除去表面活性剂模板就可以得到介孔材料了。硬模板法是利用多孔性的无机或者有机膜作为模板通过纳米浇铸复制来得到介孔材料的方法。
近十年来,一种无机复合介孔膜,即在阳极氧化铝膜内的孔道中组装介孔二氧化硅材料从而制备出介孔氧化硅/阳极氧化铝复合介孔膜,因其结构的有序性﹑多样性和广泛的应用前景而备受人们的关注[22-34]。例如:2004年,Yamaguchi等首次利用一种简单快速的抽滤方法以CTAB为表面活性剂将介孔二氧化硅材料组装在阳极氧化铝膜中[22]本文来自六/维(论*文?网,毕业论文 www.lwfree.cn。2003年Zhenglong Yang, Zhongwei Niu等用模板法合成一维的统一介孔二氧化硅材料及其阵列在阳极氧化铝膜[22];以及2005年Kewang Jin, Baodian Yao, Ning Wang对于介孔氧化硅纳米线阵列生长在多孔氧化铝模板的结构表征[17]的研究都是以氧化铝为硬模板合成的硅材料。迄今为止,国外已有很多研究小组采用不同的方法制备出各种无机复合介孔膜[17-31],这些无机复合介孔膜的出现丰富了介孔膜的合成及其应用[22-27],但是,也应该注意到这些研究都是以阳极氧化铝膜作为硬模板[22-34]。
但是使用氧化铝膜为硬模板比较脆,机械性能差,在碱性溶液中的化学稳定性差, 另外,在制备无机复合介孔膜过程中,往往采用高温灼烧法除去膜内的表面活性剂(脱模)[22-34],但是应该注意到,高温灼烧脱模的过程会导致该无机复合介孔膜的物理性质变得更加脆而易碎,特别是灼烧脱模后膜内棒状介孔材料还会发生收缩,影响膜结构的完整性[17-18]使它的应用受到了很大限制,于是有机膜作为硬模板便成为一种新的构思,再加上近几年对于很多有机膜方面的研究还不够全面,所以本研究选择了聚碳酸酯膜。采用聚环氧乙烯醚一聚环氧丙烯醚一聚环氧乙烯醚(F127)嵌段聚合物为表面活性剂,以聚碳酸酯膜为基底,通过表面活性剂作为软模板与形成骨架的物源,在酸性或碱性溶液中水解并沉积,经过表面活性剂的自组装形成一种复合介孔材料,再将其填充到硬模板的孔道中,合成有机/无机复合介孔膜,它的柔软度让它在应用上更加简单,其应用前景是相当可观的。
(2) 离子交换膜
离子交换膜分离技术是随着对膜现象的研究而逐渐发展起来的。刚开始时并没有得到工业应用,直到1952年美国研制成功了世界上第一台利用离子交换膜的电渗析装置。此后,离子交换膜技术在世界范围内得到了迅速的发展,由于离子交换膜技术所显示的节能、低耗、高效、少污染、工艺简单等优点,引起了世界各国的广泛关注。
离子交换膜是一种具有选择透过性能的网状立体结构的高分子功能膜或分离膜。由于在应用时主要是利用它的离子交换基团的选择透过性,所以也称为离子选择透过性膜。按离子交换膜性能的不同,可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜和双极离子交换膜。这三种膜的可交换离子分别对应为阳离子、阴离子和阴阳离子。按膜的结构与功能又可将离子交换膜分为普通离子交换膜、双极离子交换膜.和镶嵌膜三种。普通离子交换膜一般是均相膜,利用其对一价离子的选择性渗透进行海水浓缩脱盐;双极离子交换膜由阳离子交换层和阴离子交换层复合组成,主要用于酸或碱的制备;镶嵌膜由排列整齐的阴、阳离子微区组成,主要用于高压渗析进行盐的浓缩、有机物质的分离等。[35]
最初的阴、阳离子交换膜是非均相的,即由阴、阳离子交换树脂粉分别与黏合剂聚乙烯和异丁橡胶混炼并与增强网布一起压制而成的。在膜的微观结构中,活性的离子交换树脂粉和惰性的黏合剂呈两相状态,所以称为非均相离子交换膜。3606

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