基于PVDF多级孔的吸附与脱附研究文献综述

 2022-08-17 09:45:00

基于PVDF多级孔的吸附与脱附研究

摘要:PVDF/PMMA/PLLA共混体系,通过刻蚀PMMA/PLLA相,得到具有表面微孔和内部纳米通道和大孔的多孔薄膜。该制备的具有表面微孔和内部纳米通道和大孔的多孔薄膜可以在非外加力时自动吸附小分子例如硅油,机油,氯仿等,且该吸附速率和吸附量预计应大于PVDF/PMMA/PLLA的共混薄膜。而在某种特定条件下,或施以特定温度压力便可使已吸附的小分子进行脱附。该研究便是探索PVDF多孔薄膜的结构对于小分子吸附速率和量及脱附速率和量的研究。

  关键词:多孔材料; PVDF; 吸附脱附;薄膜

  1. 文献综述

  引言:近几十年来,多孔高分子受到越来越多的关注因其具有气体储存,分离材料,吸附材料,模板的结构复制等等。这些多孔高分子具有比表面积大,孔隙率好,可加工和多样阳离子等特点。多级孔材料由于具有低密度、吸附能力、高比表面积、可调控的孔结构以及制备方法简易等优点,被广泛运用于分离与过滤膜、催化剂载体、生物医学材料等诸多应用领域。多孔材料可根据其孔径的大小分为三类,它们分别为微孔材料(孔径lt;2 nm)、介孔材料 (2lt;孔径lt;50 nm)与大孔材料(孔径gt;50 nm)。多孔材料使用性能的影响因素有很多,主要包括多孔材料的孔形貌、比表面积、孔径大小及其分布情况等。其中决定多孔材料应用领域的核心因素为孔径大小以及它的分布情况,例如多孔隔膜是锂离子电池的重要组成部分,需要孔径分布均匀且尺寸处于亚微米级的多孔结构;再如,微滤和超滤技术是解决全球水资危机的重要手段之一,要求孔的尺寸约为十纳米至亚微米。这种高分子体系来在石油开采等领域能够一种全新的思维方式去开采或者分离两种相容性较差的物质,同时又减少损耗,减少能耗,加快效率。这可以大大的拉动我国现代经济体系中,实体经济制造业的发展,为我国社会主义现代化提供一些支持,为中华民族伟大的复兴梦做出一些科研的贡献。过去的几十年里,发展了大量制备聚合物多孔材料的有效方法。主要包括自上而下法(直接用模板和纺丝制成)和自下而上法(嵌段共聚物的自组装和共混制成),该方法主要通过目标材料与模板之间的相互作用(如相分离等)来获得特定的结构,之后再选择性地刻蚀去除其中一相,即可获得另一相的目标多孔材料。因此,探究多孔材料的有效制备及其孔结构对吸附和脱附行为规律之间的关系具有重要意义。

正文:因PVDF/PMMA具有良好的相容性,所以该共混体系PVDF和PMMA会形成海而PLLA则会形成岛从而构成“海岛”结构。而通过刻蚀的方法使“岛PLLA”变成大孔用作储存,而PMMA则作为细微孔类似于毛细血管用作通道。因为拉普拉斯压力以及毛细管作用,该材料置于合适的小分子之中便会有一股“无形的力”牵引着小分子吸附进该体系且预测因毛细管作用和大孔的尺寸吸附速率和吸附量将有优秀表现。在无外力催使,无能量消耗的情况下,小分子“自动”进入该体系达到绿色高效吸附的作用。而脱附则是需要提供一定的条件譬如压力温度来较容易达到脱附效果。总之该体系在相容性,后期小分子的吸附脱附上都有较多可行的保证且绿色高效,这便是该研究的可行之处。而我们当下要解决的是该材料的内部结构对其吸附脱附行为的影响还是未知,而探索并阐明这种内在联系不仅可以使该体系达到实用的要求更能够通过改变一些制备方法得到更为适用的材料,对进一步研究和相关研究有较大帮助。

我们的材料制备预计将使三种材料进行三元熔融混合,PLLA形成一相而PVDF/PMMA形成一相,而PVDF/PMMA由于结晶诱导相分离。这样PLLA微观上就可以形成我们期望得到的大孔和PMMA的微孔通道,然后进行溶剂刻蚀除去PLLA和PMMA两种物质从而形成完成的多级孔材料,既拥有微孔通道增加吸附的动力又拥有大孔增加吸附的量。我将对该刻蚀完的材料进行电镜的观察从而能够得到内部结构的特征,接触角的测量来了解该材料对小分子的亲疏性以及脱附吸附实验。目前国内外已有相当一部分人有过该研究的经历并预计将得到类似的图。

我们这样的实验研究的开始与目的都与实际需求相结合,制备一种能够使得油吸附或者油水分离的一种材料。而我们的研究则是作该项工作的一些准备,只有先导工作的成功才有后续的结果。而我们的实验思路也是有其独到之处使得该实验既具有一定的前瞻性和可预见性。

而当下国内外也有较多学者做过类似的较多实验和成果,在下文将介绍一部分。如Yongjin Li等人研究了利用静电纺丝来制备具有表面微孔和内部纳米通道的无纺布。该实验POM和PLLA共混物经过静电纺丝,然后对其中的PLLA相进行刻蚀,得到具有表面纳米孔和内部互穿纳米通道的POM纤维。随着溶剂的快速挥发,溶剂和共混物表面进行相分离。同时,POM和PLLA形成共连续的纤维结构,然后用氯仿刻蚀掉PLLA形成内部纳米通道。该制备的具有表面纳米孔和内部互穿纳米通道的新型POM纤维的吸油能力比POM的无纺布和POM/PLLA共混物织布更强。由POM/PLLA(70/30)制得的多空POM纤维布的吸油能力为115.3g*g-1,比较于POM/PLLA共混物织布的75.2g*g-1和POM无纺布的53.2g*g-1。进一步研究发现该新型多维度多孔结构使得这种材料成为一种理想的吸油和油水分离的材料。

如Jichun You等人在研究聚偏氟乙烯/聚1,4-丁二酸丁二醇酯(即PVDF/PBSU)共混物中,实现了PVDF晶片的精确片层或纤维间定位。在PVDF含量为70wt%的试样中,PVDF和PBSU的体积分数相当,形成了层间结构。当PVDF作为少数相(PVDF30wt%)时,其晶片位于PBSU晶体堆之间,形成纤维间结构。通过对连续PBSU的萃取,制得了力学性能优良的纳米多孔PVDF膜。具有层间和纤维间结构的膜中的萃取物分别产生了尺寸为24 nm和49 nm的孔。

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