膜

摘要\n本研究针对0 ~ 1.5NaY分子筛wt %的薄膜，制备了聚二甲基硅氧烷( PDMS )和NaY分子筛掺杂复合膜。所有膜均采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱( FTIR )、X射线衍射、扫描电镜、热重/差热分析等方法进行表征。FTIR光谱结果表明，PDMS基体与NaY分子筛之间存在物理相互作用。此外，利用光子传输技术研究了纯PDMS和PDMS / NaY复合材料的成膜情况。计算了空穴闭合和互扩散阶段对应的激活能。NaY沸石添加薄膜导致力学性能显著提高，拉伸强度和杨氏模量均提高了3倍。还考察了薄膜的热性能，在PDMS基体中加入NaY分子筛可显著提高复合膜的热稳定性。J . Appl . Polym。Sci . 2020、137、48549。

油水分离技术在这些年来一直在不断进步。近来，重力辅助过滤得到了相当多的关注，尽管大部分研究集中在重力作用下容易分离的油水合成混合物。对于机械稳定和化学稳定的乳状液，除静态重力头外，不需要外加外部压力就可以分离是一个挑战。要实现这一目标，过滤介质应具有高孔隙率，以获得高通量，但要控制孔径，以获得高选择性。而且，为了分解乳液，过滤介质表面应赋予超润湿特性。本文综合评述了不同的多孔过滤介质(金属网、有机膜、无机膜、滤纸和三维材料)及其相应的改性技术和/或功能化策略，以改善其性能，实现高效重力驱动过滤应用。

聚合物膜在气体分离过程中遇到的一个最关键的问题是气体渗透性和选择性之间的权衡效应。本工作的目的是开发一种简单而有效的涂层技术来改善常用聚砜( PSF )中空纤维膜的表面性能，以解决CO2 / CH4和O2 / N2分离的折衷效应。本研究通过在聚醚嵌段酰胺( Pebax )选择性涂层中加入氧化石墨烯( GO )纳米片制备多层涂复PSF中空纤维，为了防止Pebax涂层溶液渗入膜基片，在基片与Pebax层之间形成聚二甲基硅氧烷( PDMS )沟槽层。然后考察GO负载量( 0.0 ~ 1.0wt % )对Pebax层性能和膜性能的影响。XPS数据清楚地显示了膜选择性层中GO的存在，GO掺入量越高检测到的碳的sp2杂化状态越大。在膜层形貌方面，GO添加量的增加只影响膜表面粗糙度而不改变整个膜层厚度。结果表明，在Pebax膜层中添加0.8wt %的GO可以得到性能最好的多层膜，与未添加GO的膜相比，CO2 / CH4和O2 / N2气对选择性分别提高了56.1 %和20.9 %。这种改善是由于选择性层中曲折路径增加，相对于较小的气体分子( CO2和O2 )，对较大的气体分子( CH4和N2 )产生了更高的阻力。

交联聚二甲基硅氧烷( PDMS )同时具有拒水性和对水蒸气的高渗透性。制备了不同厚度( 8 ~ 160 µm )的未填充和无硅交联PDMS薄膜，测定了其水蒸气透过率和透过率。透气率随着膜厚从160 ~ 15 µm减小而增大，但当膜厚减小到8 µm时，透气率不再进一步增大。限速吸附被认为是造成这种影响的原因，并通过表面改性来提高吸附速率。水蒸气在宏观上并不凝结在足够薄的薄膜上，以至于在此动力学区运行，测量了高达60 %透过空气的水蒸气透过率。在碳纳米管和水通道蛋白纳米受限水的基础上提出了一种水渗透机理。

交联聚二甲基硅氧烷( PDMS )同时具有拒水性和对水蒸气的高渗透性。制备了变厚度( 8 ~ 160µm )的未填充和无硅交联PDMS薄膜，测定了它们的水蒸气透过率和渗透值。在膜厚为160 ~ 15 µ m范围内，水蒸气透过率随膜厚的减小而增大，但当膜厚减小到8 µ m时，水蒸气透过率不再进一步增大。限速吸附被认为是造成这种影响的原因，并通过表面改性来提高吸附速率。水蒸气在宏观上并不凝结在足够薄的薄膜上，以至于在此动力学区运行，测量了高达60 %透过空气的水蒸气透过率。在碳纳米管和水通道蛋白纳米受限水的基础上提出了一种水渗透机理。

紫苏精油中的挥发性有机化合物( VOCs )在医药和食品加工具有重要的应用价值。本工作采用渗透汽化法从稀水溶液中提取有价值的紫苏VOCs作为绿色工艺。选取具有不同官能团的3种代表性的紫苏VOCs (柠檬烯、芳樟醇和紫苏醛)作为模型组分，制备聚醚-嵌段酰胺( PEBA )和聚二甲基硅氧烷( PDMS )膜用于VOC的提取研究。考察了操作条件(进料浓度和温度)对膜渗透汽化性能的影响。在二元VOC /水混合物中，增加进料浓度增加了VOC通量，降低了分离因子。VOC通量也随温度显著增加，主要是由于渗透驱动力增强。通过比较二元VOCs /水和四元VOCs /水体系中VOCs的渗透蒸发性能，评价了耦合效应对多组分渗透的影响。结果表明，VOC的渗透行为受其他VOCs的影响，取决于渗透-渗透和膜-渗透相互作用。基于渗透汽化分离指数，PEBA膜对紫苏VOCs的萃取总体分离效率优于PDMS膜。由于渗透汽化不涉及任何化学溶剂，操作温度适中，为提取有价值的紫苏VOCs提供了绿色工艺。

固相微萃取( SPME )有潜力用于高效富集PAHs暴露的重要生物标志物羟基化多环芳烃( OH- PAHs )。通过选择合适的吸附剂，有利于制备新型SPME装置，提高对OH- PAHs的萃取效率。本研究综合聚二甲基硅氧烷( PDMS )和不同多孔吸附剂的优点，提出了一种表面溶剂蒸发法制备SPME薄膜的新方法。以粉末状金属有机骨架( Uio66 - NH2 )、多孔聚合物(粉末状聚合物气凝胶，PPA )和有序介孔碳( OMC )为典型吸附剂，成功制备了薄膜，表明了该方法制备薄膜的普遍性。比较三种膜对OH - PAHs的萃取效率，OMC - PDMS膜对OH - PAHs的富集效果最好。采用OMC- PDMS膜结合液相色谱串联质谱( LC-MS / MS )对吸烟者和非吸烟者尿液中痕量OH- PAHs进行富集，检出限为0.15 ~ 0.39   ng   L-1，回收率为82.1 % ~ 115 %。可见，制备SPME膜的通用策略有助于通过膜组分的简单调制实现目标分析物从复杂基质中的广谱或选择性富集。

交联剂是制备聚合物膜的重要因素，它不仅对成膜过程有重要影响，而且对膜结构和分离性能也有重要影响。然而，紫外交联膜用于有机物渗透汽化的研究很少。本工作中交联剂3 -甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷( KH571 )对( 1 )紫外交联动力学的影响采用实时红外光谱和光流变仪表征，( 2 )通过交联密度表征膜结构，( 3 )通过乙醇渗透汽化评价分离性能。而且，传统的聚二甲基硅氧烷( PDMS )被聚二甲基硅氧烷-聚[ ( 3，3，3 -三氟丙基)甲基硅氧烷] ( PDMS-PTFPMS )嵌段共聚物所取代，其中较强的C-F键有助于增强膜的疏水性。结果表明，所有涂层溶液体系均采用超快速成膜工艺( 30 ~ 50 s )，分离性能优异，其中乙醇分离因子11.3，总通量1149 g m-2 h-1，60℃下5 wt %乙醇/水溶液渗透汽化回收。

固相微萃取( SPME )有潜力用于高效富集PAHs暴露的重要生物标志物羟基化多环芳烃( OH- PAHs )。通过选择合适的吸附剂，有利于制备新型SPME装置，提高对OH- PAHs的萃取效率。本研究综合聚二甲基硅氧烷( PDMS )和不同多孔吸附剂的优点，提出了一种表面溶剂蒸发法制备SPME薄膜的新方法。以粉末状金属有机骨架( Uio66 - NH2 )、多孔聚合物(粉末状聚合物气凝胶，PPA )和有序介孔碳( OMC )为典型吸附剂，成功制备了薄膜，表明了该方法制备薄膜的普遍性。比较三种膜对OH - PAHs的萃取效率，OMC - PDMS膜对OH - PAHs的富集效果最好。采用OMC- PDMS膜结合液相色谱串联质谱( LC-MS / MS )对吸烟者和非吸烟者尿液中痕量OH- PAHs进行富集，检出限为0.15 ~ 0.39 ng L-1，回收率为82.1 % ~ 115 %。可见，制备SPME膜的通用策略有助于通过膜组分的简单调制实现目标分析物从复杂基质中的广谱或选择性富集。