層層自組裝與水處理

1、層層自組裝與水處理第1頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三 所謂的自組裝(Self-assembly)，就是自發(fā)的組裝，不需要人的介入和干預(yù)，通常是通過分子間的化學(xué)鍵或超分子作用，在一定的條件下自發(fā)地形成特定的有序結(jié)構(gòu)。自組裝技術(shù)是一種自下而上、由小而大的制作方向，即由原子、分子及其集合體向較大尺寸“合成”出器件的單元結(jié)構(gòu)，并進(jìn)而組織成器件的技術(shù)。1946 年,Bigelow.W.C 及其合作者首先提出自組裝概念。1964 年闡明了自組裝的基本原理。第2頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三LBL技術(shù)SA技術(shù)LB技術(shù)第3頁，共14頁，2022年，5月20日

2、，2點59分，星期三Langmuir一Blodgett(LB)技術(shù) LB技術(shù)是由兩親性分子在氣/液界面鋪展形成單層膜，然后借助特定的裝置將其轉(zhuǎn)移到固體基片上形成單層或多層膜的技術(shù)。這樣形成的LB膜，層內(nèi)有序度較高，結(jié)構(gòu)較規(guī)整。第4頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三基于化學(xué)吸附的自組裝(SA)技術(shù) 從二十世紀(jì)80年代早期以來，基于化學(xué)吸附的自組裝技術(shù)作為LB技術(shù)的替代方法被開發(fā)出來。這種自組裝技術(shù)以共價或配位化學(xué)為基礎(chǔ)，通常包括兩個步驟:(l)小分子化合物(如硅烷或烷基硫醇)通過化學(xué)吸附形成單層膜;(2)通過活化得到活性表面從而吸附下一層分子。循環(huán)這兩步可以制備多層膜。這樣

3、得到的單層膜有序度較高，化學(xué)鍵穩(wěn)定性也較好。第5頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三層層自組裝(LBL)技術(shù) 從20世紀(jì)90年代初期以來，Decher等發(fā)展了一種層層自組裝技術(shù)，基于帶相反電荷的聚電解質(zhì)在液/固界面通過靜電作用交替沉積而形成多層膜。第6頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三自組裝多層膜不需要復(fù)雜昂貴的儀器設(shè)備而且操作過程簡單方便、綠色環(huán)保，更為重要的是通過超分子組裝過程可以將不同種類和功能的構(gòu)筑基元按照一定需要進(jìn)行組裝。自組裝技術(shù)具有成膜物質(zhì)豐富，而且成膜不受基底大小和形狀的限制，可在分子水平控制組裝體系的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，并且制備的薄膜具有良好

4、的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，薄膜的組成和厚度均可控等諸多優(yōu)點。如可以在非平面基底大面積的制備多層膜，膜材料的結(jié)構(gòu)與組成的可調(diào)控性等都是其他膜材料制備技術(shù)所無法企及的。第7頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三作用力范德華力氫鍵靜電作用力電荷轉(zhuǎn)移作用配位鍵疏水作用力第8頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三使用離子液體誘使自由薄膜剝離技術(shù), 在硅片上制備聚丙烯酸( PAA) / 聚烯丙基氯化銨( PAH) 多層薄膜，并在氯化銅酸性溶液中完全剝離形成自由薄膜。制備的自由薄膜在氣體分離、傳感器、催化薄膜、微機(jī)械裝置、人造細(xì)胞壁等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。第9頁，共14頁，202

5、2年，5月20日，2點59分，星期三以堿改性聚丙烯腈(PAN)超濾膜為基膜,聚苯乙烯磺酸鈉(PSS),聚苯乙烯磺酸鈉-馬來酸共聚物(PSS- co-MA),聚烯丙胺鹽酸鹽(PAH)為原料,采用動態(tài)自組裝法制備一種低壓高通量荷正電納濾膜。第10頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三動態(tài)自組裝是在一個直徑為9cm的底部帶有多空支撐層的不銹鋼容器中進(jìn)行，將改性后的PAN/PET復(fù)合超濾膜安放在容器中，膜面朝上，邊緣固定，容器中交替加入聚陽離子電解質(zhì)溶液、聚陰離子電解質(zhì)溶液，溶液在受壓下攪拌。聚陽離子電解質(zhì)組裝時間為5min,聚陰離子電解質(zhì)組裝時間為2min。通過靜電作用、疏水力、氫鍵等作用，聚電解質(zhì)在超濾膜表面動態(tài)層層自組裝得到超薄的選擇性分離膜，制得表面荷電的納濾膜。靜態(tài)自組裝則采用常規(guī)方法，聚陽離子電解質(zhì)和聚陰離子電解質(zhì)溶液在不受壓狀態(tài)下交替浸漬PAN膜面。第11頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三第12頁，共14頁，2022年，5月20日，2點59分，星期三 最外層為陽離子聚電解質(zhì)PAH，因此制備所得NF膜呈現(xiàn)明顯的荷電正性，對二價陽離子鹽的截留率明顯高于一價陽離子鹽的截留率。由于是分子水平的組裝，表層分離層很薄，通量普遍比目前商品化NF膜高。 隨著組裝層數(shù)的增加，LBL膜厚度增加，對基膜支撐層的表面孔