聚丙烯分離膜的親水化-分子模擬與實驗研究.pdf

1、親水化改性是提高聚合物分離膜服役性能的重要方法。通過親水化改性，可提高膜通量和分離選擇性，改善膜抗污染性能。親水化改性對聚合物分離膜性能的提高，根本原因在于改變了聚合物分離膜與料液之間的微觀相互作用。因此，對這一微觀相互作用的認識，在改性材料和改性方法的設計選擇方面無疑具有重要意義。然而，由于受到微觀結(jié)構(gòu)研究手段的限制，對上述問題的實驗研究存在一定的困難。分子模擬是獨立于實驗方法和傳統(tǒng)理論方法之外的探索微觀世界的有力工具，其中分子動力學

2、方法因為能夠處理龐大體系的時間演化過程，特別適合于研究聚合物分離膜與料液各組分包括蛋白質(zhì)之間的相互作用。本論文圍繞聚丙烯分離膜的親水化改性這一中心問題，結(jié)合分子模擬和實驗改性研究方法，從基于表面的親水化和基于本體的親水化兩個方面展開研究。主要內(nèi)容如下：
　　 在基于表面的親水化方面，首先建立了聚丙烯分離膜和親水化聚丙烯分離膜的表面模型，并研究了各表面模型與水分子和異丙醇分子之間的界面相互作用。進一步通過受控分子動力學研究了人血清

3、白蛋白亞區(qū)在親水化聚丙烯分離膜表面的吸附，證實親水化能夠抑制蛋白質(zhì)在表面的吸附，這種抑制作用在能量上并非是由于親水化分離膜與蛋白質(zhì)相互作用的減弱，而是由于親水化分離膜與水分子之間相互作用的增強。對課題組在聚丙烯微孔膜親水化改性方面的工作進行了回顧與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)上述模擬工作對聚丙烯微孔膜的親水化改性研究具有一定的指導意義。
　　 在基于本體的親水化方面，建立了含糖聚合物聚2-葡糖酰胺基乙基甲基丙烯酸酯(poly(GAMA)分離膜的分

4、子模型，并通過分子動力學研究了水分子和異丙醇分子在poly(GAMA)分離膜中的擴散。結(jié)果表明，poly(GAMA)分離膜具有很強的水化作用，并且對水分子具有擴散選擇性。從這一結(jié)論出發(fā)，采用GAMA作為填孔單體，通過紫外引發(fā)的原位聚合方法設計了基于聚丙烯微孔膜的含糖聚合物填孔滲透汽化膜，并將其用于異丙醇的滲透汽化脫水，取得了一定的分離效果，分離因子最高可達105.9，且具有較高的標準通量。實驗結(jié)果證實了應用含糖聚合物制備滲透汽化脫水膜的