《層層自組裝法調控濾膜表面性質及其抗膜污染機理研究》是依託浙江大學，由朱小螢擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：層層自組裝法調控濾膜表面性質及其抗膜污染機理研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：朱小螢
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水資源短缺是全球性環境問題，濾膜技術在水處理、海水淡化中的套用引起極大關注。但不可逆膜污染是濾膜套用和性能最佳化的主要瓶頸，其關鍵科學問題是濾膜表面性質的精確調控方法及其抗膜污染的微觀機理，國際上相關研究尚處於起步。本項目旨在探明利用層層自組裝法精確調控濾膜表面性質及其抗膜污染的作用機理；擬合成具有不同表面自由能的新型功能聚電解質作為基材，利用層層自組裝法在濾膜表面構建多層功能薄膜，探討聚電解質官能團種類、數量以及自組裝條件對濾膜的親疏水性、表面電荷和微納粗糙度的影響；選擇不同種類(如溶解性有機質、微生物)、性質(如親疏水性、表面電荷)的典型污染物，研究改性濾膜的抗污染性能及影響因素；重點探討濾膜表面微納結構及性質與抗污染性能之間的構-效關係，揭示聚電解質基材設計、表面性質構建、抗污效能調控三方面的微觀機理，為研發新型的抗污染濾膜及其水處理套用提供理論依據。
結題摘要
該項目研究了電性&親水性二維可控氧化石墨烯-聚乙烯亞胺複合膜的選擇性分離和抗污染性能；pH回響型氧化石墨烯-聚乙烯亞胺複合膜構築及其套用；相同組分聚合物添加劑分子結構變化調節濾膜表面親水性的方法。主要創新點如下：（1）探明了氧化石墨烯-聚乙烯亞胺對共混法製備複合膜的結構、性質調控以及對分離性能的影響、作用機理和構效關係。通過共價交聯製備了帶正電荷的氧化石墨烯-聚乙烯亞胺（GO-PEI），然後以GO-PEI為添加劑製備了表面電荷和親水性可控的氧化石墨烯-聚乙烯亞胺荷電納米複合膜（NCM），並通過水通量、截留率、靜態吸附能力等系統地評價了NCM的滲透性、選擇性和抗污染性能的變化，探索了NCM在水體淨化領域的套用價值。（2）基於定向層層自組裝，精確調控氧化石墨烯和聚乙烯亞胺複合膜的表面性質和內部結構，闡明了氧化石墨烯-聚乙烯亞胺複合膜的pH回響特性及機理。以原位AFM為手段，探明了GPM的表面性質和內部結構對pH的回響，發現在低pH條件下，PEI的氨基質子化會使相鄰氨基之間產生靜電斥力，使PEI處於鏈伸展的狀態，使得氧化石墨烯-聚乙烯亞胺複合膜的層間距增大。同時PEI的質子化與去質子化過程使GPM的厚度、孔徑大小、水通量均隨環境pH升高而降低，且具有優異的可逆性和循環性能。通過調節進水的pH，可以實現對GPM孔徑的連續調節，用於混合污染物的分離。（3）通過對添加劑分子結構的精確調控實現了對濾膜親水性的調節，並利用巨觀的水接觸角和微觀的AFM粘附力譜探究其構效關係。當親水單元的總量一樣時，將聚合物的親水分子刷由密集的短鏈變為分散的長鏈，能有效提高膜的表面親水性、抗污染能力，能更大限度地發揮親水單體的改性效率。該研究可為濾膜改性中設計親水添加劑分子結構，以提高其改性效率提供理論指導。該項目已完成計畫研究內容和各項指標。發表影響因子大於5的SCI論文4篇，其中兩篇發表於環境領域國際權威期刊ES&T。培養碩士研究生5人。參加國際會議5人次，國內會議4人次。
