利用超细纳米纤维制备高效超薄分离膜及其物性研究

提高膜的分离效率一直是膜科学与技术所追求的目标。降低膜的厚度可有效的提高膜的流速，但通常以损失选择性为代价。为了获得超薄的高效分离膜。本研究将着重利用超细纳米纤维制备超薄分离膜。利用软化学方法制备出大量的带很高正电荷，高长径比，直径为2nm 的氢氧化物纳米纤维水溶液。利用过滤的方法，在大孔的基体上制备均匀的，孔径在3-5nm 的纳米纤维薄膜。进一步通过过滤的方法或别的方法，在该纳米纤维膜上形成一层超薄多孔分离膜，然后去掉纳米纤维获得自支持的超薄多孔分离膜。通过进一步选择成膜材料组分，功能团，形貌，尺寸等，来提高膜的机械性能和化学稳定性，以及控制孔的大小和膜的选择性。通常多孔分离膜的有效厚度都在微米级，如果将膜的厚度降低到纳米级，其分离效率将提高3个数量级。与此同时研究水在超薄纳米孔洞中的传输行为及机理。最终为制备高效的分离膜提供一定的理论和技术支持，提高膜的分离效率。

1、在原有氢氧化物纳米线的基础上，制备出了碱式氧化锰纳米线 和单晶胞厚度的非层状Mn3O4纳米片，并创新性的利用杨拉普拉斯原理在亲水性的纳米线介孔层表面直接涂敷疏水的ＰＤＭＳ薄层的方法，获得分离性能可控的有机/无机分离膜，从致密的膜到介孔膜的空控制备，并可以分离气体，水溶液较小的分子以及纳米颗粒 （Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 2080）。.2、利用超细可溶氢氧化物纳米线与廉价明胶蛋白构筑的了介孔分离膜，充分利用蛋白质膜的特性，实现了分子的可控分离、传递、释放、传感应用和功能化。(J. Mater. Chem. 3 篇)，其中药物释放与传递以及复合荧光功能薄膜工作分别作为封面及封底文章报道。.3. 利用高活性的、带正电荷的氢氧化物超细纳米线薄膜作为金属-有机框架物（MOFs）的金属源，在室温下获得了连续的、交叉生长良好的，2-5微米厚的可用于气体分离的MOFs HKUST-1气体分离膜。（Chem. Commun. 2013, 49，5666 – 5668；Chem. A Eur. J., 2013,19, 11883-11886.）.4、为提高氧化石墨烯的分离性能，利用可溶性氢氧化物纳米线制孔的办法，获得很多2-3纳米的孔道网络极大地提高了水的通道。相对氧化石墨烯而言，在保持截留率的同时，通量增加了近十倍。与传统的分离膜相比，分离性能也提高了几十到上百倍。而且还发现规则的氧化石墨烯孔道在压力作用下，其横截面积先变大后变小，与传统的高分子膜的一直变小的行为不同。通过理论计算及分离实验研究发现这主要是由于规则氧化石墨烯孔道，在一定受压状态下，边缘会被局部撑开，而当压力进一步增加后却会被压缩变小。这种压力下的形变是弹性可回复的。除此而外，理论与实验结果都证明水在这些3纳米的氧化石墨烯孔道中的传输遵循传统的粘滞流理论。相关结果发表于Nature Communications. 2013, 4:2979; DOI: 10.1038/ncomms3979..总体而言，预期目标已基本达到，也取得了一些成果，共发表SCI论文29篇，申请专利11项，已授权2项。