[00890200]高性能渗透汽化膜的设计与合成

液体混合物的分离是化学工业的重要基本过程。渗透汽化是一种用于液体混合物分离的新型膜分离技术，对共沸物、近沸物的分离以及有机溶液中微量水的脱除等具有独特的优势。高性能膜是膜分离过程的核心，其设计、制备和性能研究涉及化学工程、材料科学和化学等学科的交叉和研究前沿。无机杂化改性可改善和修饰孔结构和分布、调整亲-疏水平衡、提高膜的渗透汽化性能，是渗透汽化膜材料的研究热点。该项目设计并制备了多种性能优异的有机-无机杂化渗透汽化膜，揭示了杂化改性、微观结构与膜性能的构效关系。主要科学发现点包括：1.提出了硅杂化改性提高亲水性高分子膜分离性能的设计思想，突破了化学改性提高选择性同时极大降低渗透通量的关键科学问题。首次利用含较大亲水基团的硅氧烷单体改性同时提高了聚乙烯醇膜的选择性和渗透通量(单篇论文SCI他引56次)，并以此为基础成功制备了多种高性能渗透汽化脱水膜。2.提出了先亲水改性后杂化改性同时提高亲水膜选择性和渗透通量的新思路，合成了季铵化聚乙烯醇，随后硅杂化改性制备了选择性和渗透通量均优于纯聚乙烯醇膜的有机-无机杂化渗透汽化脱水膜(单篇论文SCI他引36次)。同时，该膜可作为直接甲醇燃料电池膜，呈现出优异的离子传导性，其季铵化改性被国内外同行采用(单篇论文SCI他引130次)。3.开发了耐溶剂性能优异的聚芳醚酮和聚芳醚砜膜材料，并采用具有催化活性的亲水性硅钨酸杂化改性。揭示了加入能同时与无机填充剂及高分子基体具有强相互作用的小分子可有效改善无机组分与有机相的相容性、提高膜的渗透汽化性能，并获得了膜的微观界面形态与渗透汽化宏观性能之间的关系。4.基于分子动力学模拟研究杂化膜的结构及分子的渗透行为，揭示了溶胀状态下高分子膜的微观结构与渗透汽化性能间的本质关系、硅杂化改善高分子膜渗透汽化性能的改性原理，从微观角度预测且验证了多种硅杂化膜的宏观渗透汽化性能。40篇主要论文SCI他引822次，其中8篇代表性论文SCI他引404次。研究成果发表在J. Membr. Sci. (20)、J. Mater. Chem. (3篇)、Nanoscale (2篇)、Chem. Eng. Sci.、Ind. Eng. Chem. Res.、J. Phys. Chem. B、Microporous Mesoporous Mater.、J.Colloid. Interface Sci.、Sep. Purif. Technol.、RSC Adv.等权威杂志上，并被J. Membr. Sci.、Chem. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、J. Mater. Chem.、AIChE J.、Chem. Eng. Sci.、Prog. Polym. Sci.、Annu. Rev. Phys. Chem.等学术期刊大篇幅引用并高度评价。所取得的研究成果显著的提升了中国在高分子膜及渗透汽化领域的国际影响力。项目完成人1人获教育部新世纪人才计划、1人获福建省新世纪人才计划、3人获福建省优秀博士学位论文(一、二和三等奖各1人)。