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聚丙烯分离膜的亲水化

代正伟

  亲水化改性是提高聚合物分离膜服役性能的重要方法。通过亲水化改性,可提高膜通量和分离选择性,改善膜抗污染性能。亲水化改性对聚合物分离膜性能的提高,根本原因在于改变了聚合物分离膜与料液之间的微观相互作用。因此,对这一微观相互作用的认识,在改性材料和改性方法的设计选择方面无疑具有重要意义。然而,由于受到微观结构研究手段的限制,对上述问题的实验研究存在一定的困难。分子模拟是独立于实验方法和传统理论方法之外的探索微观世界的有力工具,其中分子动力学方法因为能够处理庞大体系的时间演化过程,特别适合于研究聚合物分离膜与料液各组分包括蛋白质之间的相互作用。本论文围绕聚丙烯分离膜的亲水化改性这一中心问题,结合分子模拟和实验改性研究方法,从基于表面的亲水化和基于本体的亲水化两个方面展开研究。主要内容如下: 在基于表面的亲水化方面,首先建立了聚丙烯分离膜和亲水化聚丙烯分离膜的表面模型,并研究了各表面模型与水分子和异丙醇分子之间的界面相互作用。进一步通过受控分子动力学研究了人血清白蛋白亚区在亲水化聚丙烯分离膜表面的吸附,证实亲水化能够抑制蛋白质在表面的吸附,这种抑制作用在能量上并非是由于亲水化分离膜与蛋白质相互作用的减弱,而是由于亲水化分离膜与水分子之间相互作用的增强。对课题组在聚丙烯微孔膜亲水化改性方面的工作进行了回顾与总结,发现上述模拟工作对聚丙烯微孔膜的亲水化改性研究具有一定的指导意义。 在基于本体的亲水化方面,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))分离膜的分子模型,并通过分子动力学研究了水分子和异丙醇分子在poly(GAMA)分离膜中的扩散。结果表明,poly(GAMA)分离膜具有很强的水化作用,并且对水分子具有扩散选择性。从这一结论出发,采用GAMA作为填孔单体,通过紫外引发的原位聚合方法设计了基于聚丙烯微孔膜的含糖聚合物填孔渗透汽化膜,并将其用于异丙醇的渗透汽化脱水,取得了一定的分离效果,分离因子最高可达105.9,且具有较高的标准通量。实验结果证实了应用含糖聚合物制备渗透汽化脱水膜的可行性。……   
[关键词]:亲水化;分子动力学;表面糖基化;抗污染;填孔;渗透汽化
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2010年