功能膜的微纳孔结构设计及其传质过程调控与强化

  物质分离的能耗占人类活动总能耗的 10%~15%，其成本约占化工生产过程中总生产成本的60％以上． 因此,发展高效分离过程是实现化学工业节能减排的重要途径,对于化学工业可持续发展具有重要意义．膜分离作为新型的化工单元操作具有诸多优点，例如：无相变、能耗低、分离效率高;不需要添加助剂，避免二次污染;操作条件温和且可以连续操作;设备紧凑，占地面积小等。因此，膜分离技术可以满足现代工业中对节能降耗、污染物控制减排、资源高效利用、血液毒素透析等重大需求.依据膜有效孔径的不同，分离膜可分为主要应用于固体/流体分离的大孔膜和均相溶液体系分离的微孔膜．对于传统大孔膜，主要依靠尺才筛分实现分离，功能比较单一．如何构建具有响应性的微纳尺寸孔道，调控大孔膜的渗透性,拓展膜的应用领城，是大孔膜未来发展中所需要解决的问题．对于微孔膜,其传质空间接近流体分子运动自由程,原先可以忽略的分子与膜孔壁面的作用力显著增强,流体受到限制壁面的作用与流体分子问的相互作用等量齐观，成为传递过程的决定性因素•在这种情況下，如何构建微孔膜的微纳孔道,减小过膜阻力，降低分离过程能耗，强化传质过程，是微孔膜发展中要解決的问题．本文通过微纳孔结构的设计，开发了两类膜材料：一、离子识别响应智能膜材料，实现了特异离子诱导膜孔开启或关闭调节传质过程的新模式，有望应用于药物控释、重金属离子检测与分离等领域;二、具有限城传质效应的石墨烯基膜系统,依靠碳孔道壁面具有无摩擦效应，使得传质阻力大大减小，传质通量提高，以期突破trade-off效应，有望应用于水处理、海水淡化、离子饰分、气体分离等领城.