水处理超滤膜表面抗污聚合物刷薄膜的结构研究

本项目将研究水处理超滤膜表面抗污薄膜的结构与性能关联，将着重研究以聚电解质与聚两性电解质刷为基础的抗蛋白质吸附的聚合物刷薄膜。研究中将采用中子反射技术、椭圆偏振技术、单分子荧光显微技术、原子力显微技术全面研究上述薄膜的外部形态、内部离子分布、链段结构随着水体系环境变化所产生的改变及其关联，将研究薄膜中蛋白质吸附与释放过程中的物理化学问题，将重点考察聚合物刷内部的分子链段与离子分布及其随着水溶液体系中离子浓度、pH值、以及温度的变化规律。项目还将通过测量单个带电荷荧光分子运动性质的方法，揭示聚合物刷内部离子及分子链电位的分布及其变化规律。本项目的实施将从微观的层面揭示聚电解质刷、聚两性电解质刷的内部结构，阐明其内部结构与其功能及性质的关联，为设计制备高效率的超滤水处理薄膜抗污表面提供基础性指导信息。

本项目围绕水处理超滤膜表面聚合物抗污薄膜的结构及性质开展基础性研究工作，从薄膜聚集体至单分子链等多个层面开展相关研究，取得了系列研究成果。发现了聚电解质刷薄膜的溶胀增强增强效应，对聚电解质刷的抗衡离子分布新特点以及由于其回归薄膜所诱导偶极-偶极相互作用的破坏过程，同时解决了耗散石英晶体微天平关于粘弹性薄膜的测量难题；系统考察了聚电解质分子链的抗衡离子分布特点，发现了抗衡离子在分子链上的动态交换过程，并证实了抗衡离子吸附程度与聚合物浓度的关联；考察了聚电解质分子链内抗衡离子分布的特点，发现了线性聚电解质分子链重要的抗衡离子浓度远高于末端，首次说明了分子链拓扑结构带来的抗衡离子分布的非均匀性；提出了表征聚电解质溶液的新方法，发展了强静电排斥体系双色荧光关联光谱的理论分析方法，并通过布朗动力学模拟手段，详细研究了该方法的数据形态、分子方法以及与溶液结构的物理关联，为突破传统研究方法在聚电解质方面的困难提出了新途径；系统考察了水溶性聚合物混致不溶效应（cononsolvency）中分子链构象的变化，通过合成系列分子量的PNIPAM分子并考察其单分子链尺寸与聚合度的标度关系获取了分子链在上述过程中的构象变化及尺度效应。本项目对于水处理膜抗污表面聚合物涂层的基本物理问题进行了详尽的探讨，为理解其结构与性能的相互关系提供了新的实验数据与理论认知。