具有图灵结构的聚苯并咪唑耐溶剂纳滤膜的制备及性能

以聚苯并咪唑(PBI)为原料,采用配位诱导相转化法制备具有图灵结构的纳滤膜.通过改变聚合物的含量调控图灵膜的形貌,探究图灵膜的纳滤性能,并对图灵膜在有机溶剂中的稳定性进行测试.使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等对制备的图灵膜的表面形貌及结构进行表征.首次将配位诱导相转化法制备的图灵膜应用于耐溶剂纳滤中.研究结果表明:制备的图灵膜具有优异的纳滤性能和溶剂稳定性,该膜对玫瑰红(RB)、溴百里香酚蓝(BTB)及亚甲基蓝(MB)的截留率均可达到99%以上,在强极性溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中过滤时间长达40 h时,对RB的截留率仍达到86.66%以上,在耐溶剂纳滤(SRNF)中具有良好的应用前景.

图灵结构

图灵(Alan Mathison Turing)1912年生于伦敦,1954年逝于英国威姆斯劳。他自幼关注生物化学问题。12岁时就对从海草中提取碘感兴趣。6年后,由于他对碘钟反应(一种随时间周期性变化的化学反应)进行数学解析工作而在学校获得科学奖。此后的相当长时间里,他的注意力转向数学领域。

图灵结构聚酰胺分离膜突破纳滤膜的透水极限

图灵结构(turing structures)是指自然界生物和生命现象中呈现的丰富多彩、令人叹为观止的美妙图案,其形成机理是图灵的反应-扩散理论.这种结构有什么用?与高分子科学有什么关联?最近浙江大学张林团队在Science上发表了制备图灵结构聚酰胺分离膜的最新研究成果,他们采用添加亲水性大分子聚乙烯醇调控界面聚合过程中水相单体哌嗪的扩散系数,增大了与油相中均苯三甲酰氯单体的扩散系数之差,巧妙满足了图灵的反应-扩散理论的基本要素,制备出纳米尺度的泡囊、管状等三维图灵结构,其水传递速度是商业膜的3~4倍,突破了现有纳滤膜的透水极限(upper-bound线),并采用金纳米颗粒作为标记物,可视化地验证了图灵结构对膜分离性能的贡献.该工作不仅制备出一种具有优异脱盐性能的高分子薄膜,更重要的是将图灵结构从理论研究层面推进到了应用实践,为更多本质上属于"反应-扩散体系"的高分子材料制备增加了一个新的研究维度.