滲透蒸发膜内促进分子传递通道构筑 与微环境调控

膜分离技术能够实现分离组分连续、高选择性跨膜传递，具有绿色、高效的特点，在能源和环境领域得到广泛应用．用于性质相似液体小分子分离的渗透蒸发技术在共沸物、微量/痕量、同分异构体等物系的分离中具有特殊优势,受到广泛关注．常用的高分子膜内主要存在由分子链运动形成的“瞬时通道”，即自由体积空六．分子在自由体积空六内主要发生自由或受阻扩散，这种扩散模式导致渗透性和选择性之间存在此消彼长的“trade-off”效应制约。无机膜内主要存在刚性孔道骨架构成、具有确定孔道尺才的“固有通道”，有利于实现分子的快遠传递以及引入筛分分离机制． 但无机膜具有制备过程复杂、成本高等问题．在高分子基质中引入无机组分制备高分子一无机杂化膜，能够利用无机介质的固有通道强化渗透组分传递,调控高分子基质瞬时通道，同时还引入了由高分子和无机材料组成的"界面通道"•分子在通道内的传递行为取决于通道的物理微环境(包括通道结构、分布、连通性、尺寸等)和化学微环境(主要是通道壁面与分子相互作用）。

本文基于渗透物分子的跨膜传递机理(包括分子筛分机理、溶解扩散机理和促进传递机理),针对有机物脱水和有机物分离体系,设计制备渗透蒸发分离膜,通过膜内传递通道物理微环境和化学微环境的调控，提高膜分离性能．首先,通过分子力学和分子动力学模拟考察了分子在高分子瞬时通道、无机材料固有通道和高分子-无机界面通道内传递行为，考察了通道物理结构和化学性质对分子传递速度和膜选择性的影响规律．其次，通过物理共混、仿生矿化、表面偏析等方法在高分子基质内引入不同维度无孔、多孔纳米材料，在杂化膜内构筑促进分子传递的通道,研究通道物理微环境和化学微环境对渗透物分子传递行为的影响规律，制备出高性能分离膜•最后,对渗透蒸发膜内通道构筑和微环境调控面临的挑战和发展趋芬进行总结和预测。