加入兩親性嵌段共聚物的抗污染高分子超濾膜形成的Monte Carlo模擬.pdf

1、現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心難題是如何實現(xiàn)節(jié)能減排和精細化生產(chǎn)。作為一種新興技術(shù),膜分離有助于使現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展變?yōu)榭赡?。膜分離技術(shù)的關(guān)鍵是如何制備出分離效果好、水通量高及抗污染性強的高分子超濾膜材料。近年來,引入兩親性嵌段共聚物添加劑共混制備高分子超濾膜的方法受到人們的廣泛關(guān)注。本文通過采用鍵長漲落二維格子鏈模型下的MonteCarlo方法模擬了引入兩親性嵌段共聚物添加劑的四元成膜體系中抗污染高分子超濾膜的形成過程。針對浸沒沉淀法制

2、備高分子超濾膜的相分離過程,本文主要研究了引入兩親性嵌段共聚物添加劑對成膜體系熱力學和擴散動力學性質(zhì)的影響,并著重分析了成膜體系中相結(jié)構(gòu)和形態(tài)的演化過程。我們的模擬結(jié)果對共混法制備抗污染高分子超濾膜具有重要的理論指導(dǎo)意義。
　　首先,通過采用基于平均場理論的三元近似方法,計算出成膜體系的等溫相圖。通過分析相圖發(fā)現(xiàn),等溫相圖中穩(wěn)定區(qū)和亞穩(wěn)區(qū)變大,而非穩(wěn)區(qū)變小。這說明,引入兩親性嵌段共聚物能增加成膜體系的熱力學穩(wěn)定性。此外,通過分析非

3、溶劑分子的擴散速率發(fā)現(xiàn),隨著兩親性嵌段共聚物的濃度和親水性鏈段長度增大,非溶劑分子的擴散速率變大。
　　其次,詳細研究了兩親性嵌段共聚物對成膜體系中相結(jié)構(gòu)和形態(tài)演化的影響。我們發(fā)現(xiàn):引入兩親性嵌段共聚物能使膜孔數(shù)量增加,并對指狀大孔結(jié)構(gòu)的形成起到抑制作用;增大兩親性嵌段共聚物的濃度和親水性鏈段的長度均能使平均膜孔尺寸變大,并促使內(nèi)孔之間相互歸并而形成連通孔道結(jié)構(gòu);此外,五嵌段共聚物作為成孔劑呈現(xiàn)出比三嵌段共聚物或兩嵌段共聚物更好的

4、性能,同時,M-N-M-N-M型和M-N-M型的嵌段共聚物誘導(dǎo)膜孔形成的成孔性能要分別優(yōu)于N-M-N-M-N型和N-M-N型的嵌段共聚物。
　　最后,詳細研究了相分離過程中兩親性嵌段共聚物在聚合物相和非溶劑相的界面處發(fā)生的表面偏析現(xiàn)象。我們發(fā)現(xiàn),表面偏析有利于降低聚合物相的表面張力,促進膜孔結(jié)構(gòu)的逐漸形成和歸并。不同分子結(jié)構(gòu)的兩親性嵌段共聚物在膜孔表面具有不同的伸展構(gòu)象。此外,通過分析相分離過程中各個亞層的平均膜孔尺寸的變化,我們