杂化材料与杂化膜简介.ppt

杂化材料和杂化膜简介 中国科学技术大学功能膜实验室 主要内容 1.概述 2. 杂化材料和杂化膜的制备技术 3. 杂化材料和杂化膜的应用 4.本实验室的工作 5.总结 1.2 杂化膜 发展最早的是有机膜，有机膜特点： 杂化膜 包括无机-有机杂化膜和有机-无机杂化膜， 是无机和有机组分相互结合，尤其是在微观层次结合得到的膜。 2. 杂化材料和杂化膜的制备 前驱体的sol-gel反应在有机聚合物母体中进行，得到的杂化材料／膜的结构 2.1.4有机单体聚合和sol-gel反应同时进行 三种相互竞争的过程: 形成无机相的水解－缩合反应动力学； 有机相的聚合反应动力学； 无机和有机相相分离热力学. 例如如下反应： 2.1.5 有机硅醇盐RnSi(OR) 4-n作为sol-gel反应前躯体，进行水解缩合反应。 2.1.6 官能化有机聚合物sol-gel反应 上述前驱体Sol-gel反应后得到的杂化材料／膜结构 2.1.7 二维网络前躯体(dual network precursors)  sol-gel反应 同时含有可水解-缩合的Si(OR)3等基团和可聚合的双键、环氧等基团，如 该类前驱体制备杂化材料／膜的反应过程： Sol-gel反应后聚合 聚合后 sol-gel反应 Polymer 41(2000) 2813-2825 聚合和 sol-gel反应同时进行 2.2.1二维层状材料 制备方法： 插入单体再进行原位聚合 直接插入有机聚合物链 polymer melt intercalation: 将二维层状无机材料和聚合物的混 合物加热到聚合物的Tg或Tm以上， 聚合物扩散进入层与层之间的通道 2.2.2三维（3D framework)无机材料 两种制备方法 Ind. Eng. Chem. Res 39(2000) 3284-3290 多孔玻璃为基体，丙烯酸甲酯为单体，采取直接等离子接枝和两步等离子接枝的方法制备无机-有机复合膜 2.6.1无机粒子与有机聚合物直接混合 J. Membr. Sci 2004(232) 31-44 将无机杂聚酸(inorganic heteropolyacid HPA)如磷钨酸， 硅钨酸，磷钼酸，硅钼酸与Nafion?的5％溶液混合， 在一Teflon薄板上流涎，加热除去溶剂，从薄板上揭 下，得到杂化膜 4.本实验室的工作 主要是 sol-gel法制备杂化材料和杂化膜 两性膜的特点及应用 通过调节溶液的pH值和电位来控制膜的荷电特性，利用静电排斥作用来阻止有机分子和生物大分子在膜表面的吸附从而达到抗污染的目的； 可应用于血液透析、药物传输、水的净化、有机物和蛋白质的分离等。如质子传导两性膜，用于燃料电池、电化学反应器及传感器；嫁接氨基酸的两性荷电膜用于离子药物及蛋白质分离。 谢谢大家！ 荷电镶嵌膜能产生负的盐截留，在膜的正电一侧阴离子 浓度高，而在膜的负电一侧阳离子浓度高。利用这种现象 可以进行脱盐。 例如从水溶性有机物中分离无机盐等。与一般纳滤膜相比， 电解质如一价NaCl,NaOH更容易通过镶嵌膜，而有机物被 有效的截留，能避免浓差极化。 2.6.3 无机粒子表面链接可聚合基团，随后进行 聚合得到有机聚合物链 表面链接了反应性基团的笼型硅氧烷齐聚物polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS) 反应性的官能基团的生成 无机团簇或粒子先生成，然后交联官能基团 无机团簇或粒子生成过程中，原位(in-situ)生成官能基团 官能基团的聚合反应： 粒子表面仅有一个官能基团 线性聚合物 粒子表面有多个官能基团 交联体系 以POSS为例，一个POSS上仅含一个反应 性基团，与其他单体共聚，得到杂化材料： 开环易位聚合 原子转移自由基聚合 也可以与苯乙烯在AIBN引发下进行共聚 含反应性基团POSS的合成及其均聚： 2.6.4 graft-to 和graft-from法 graft-from与graft-to法的区别： Macromolecules 1998, 31,602 graft-from法： Composites Science and Technology 66 (2006) 886–894 graft-to法： 利用TEOS的sol-gel反应得到二氧化硅纳米粒子，然后利用胺丙基三乙氧基硅烷对其改性。改性后粒子与OCN-(CH2)6NCO反应，生成物与HO-PCL-OH(端羟基聚己内酯)交联 3. 杂化材料和杂化膜的应用 3.1 杂化材料的应用 杂化材料的