层状结构复合膜的构建及性能研究

近年来,由选择性分离层和多孔支撑层构成的非对称型复合膜迅速发展,其主要特征是在多孔支撑层表面沉积具有选择性的无缺陷分离层．支撑层和分离层在复合膜中的作用不同，支撑层主要用于提高复合膜的机械性能，而分离层则可使复合膜获得更高的选择性，因此可以分别采用不同的材料和结构，实现优势互补提高膜的性能． 为了提高分离膜的通量从而减少膜的使用面积,进而降低投资成本，必须在保证高选择性的前提下降低组分在膜中的传质阻力，因此分离层必须具备厚度薄且无缺陷等特,点．复合膜的分离性能与其表面分离层的厚度具有直接关系,降低复合膜表面分离层的厚度和增加膜内部的传质通道是构建高性能分离膜的关键,而复合膜的表面形貌以及传质通道的化学性质也会对分离性能产生重要影响.基于此，本研究利用层状材料制备复合膜表面的分离层，降低分离层的厚度并构建组分的传质通道,从而降低组分在膜内的传质阻力，为高性能分离膜的构筑提供新的思路及方法．

首先,采用氧化石墨烯(GO)作为分离层制备复合膜．氧化石墨烯是一种具有单原子层厚度的二维纳米材料，其片层表面及边缘含有大量的经基、羧基及环氧基等含氧官能团，因此不仅具有优异的热稳定性、机械性能及可修饰性，且由于其独特的二维结构，在膜中还具有良好的分散性并可以有效限制片层问高分子链段的自由运动，从而提高膜的分离性能及稳定性性。

然而单纯的采用GO 作为添加粒子制备分离膜通常会导致膜的通量降低，因此需将GO 片进行改性,改变 GO 片层间距以及片层表面性质,从而对分离层传质通道的结构和化学性质进行调节，提高膜的选择性和渗透性。

采用GO 纳米片虽然可以制备超薄分离层的复合膜，但是GO 片大都平铺在基底表面,溶剂分子需要绕过 GO 纳米片在分离层内部传递，曲折的传递通道延长了组分的传质距离．为了进一步降低组分的传质阻力,采用氢氧化钴纳米片制备具有垂直分离通道的复合膜,垂直排列的氢氧化钻纳米片可以形成让溶剂分子更容易快速通过的分离通道,缩短溶剂分子的传质距离，从而降低分子的传质阻力，对提高膜的渗透性具有较大帮助。此外，来用层状双金属氢氧化物作为分离层材料同样可以制备具有垂直排列分离通道的复合膜．层状双金属氢氧化物是由带正电荷的主体层板和层间阳离子通过非共价键的相互作用组装而成的化合物，并且主体层板的化学组成以及层问容体阴离子的种类和数量可调变，因此可以通过对板层间距和层间化学性质的调控优化膜的分离性能,从而可用于不同体系的分离。