自组装构建共价型聚电解质/M-L2O(EO)n超分子聚合物纳滤膜及性能研究

M-L2O(EO)n reversible coordination supramolecules will be incorporated into multifilm by layer-by-layer assembling with covalent polyelectrolytes to prepare nanofiltration membranes. The formation rules of M-L2O(EO)n supramolecules and the factors affecting the supramolecules formation under the assemling conditions will be disclosed by Ultraviolet-visible spectra (UV-Vis）、X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS)， Zeta potential measurement and Fourier transform infrared (FT-IR) spectra. The dependence of membranes structure and performances on the assembling conditions will also be investigated by Scanning electron microscope (SEM), Atomic force microscope (AFM), Zeta potential measurement, surface contact angle measurement and the nanofiltration evaluation cell. The filtration mechanism and performance for poisonous ions removal of covalent polyelectrolyte/M-L2O(EO)n nanofiltration membranes will also be revealed. The formation theory of reversible coordination supramolecule will be further enriched and the application area will be expanded by carring out these researches which also will provide new approaches for adjusting the structures of nanofitration membrane. The results of these experiments will deepen our knowledge of nanofiltration. In a word, the researches of this item have very important theoretical meaning and application values.

本项目通过与共价型聚电解质的层层自组装引入M-L2O(EO)n可逆配位超分子聚合物构建纳滤膜。采用紫外-可见（UV-Vis）、X射线光电子能谱分析（XPS）、表面z电位仪以及傅里叶转换红外光谱仪（FT-IR）明晰层层自组装中M-L2O(EO)n超分子聚合物的形成规律及影响因素；结合场致发射扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、表面z电位仪、表面接触角测定仪、膜评价仪等仪器的研究分析结果阐明组装因素与膜结构及性能之间的内在联系；揭示共价型聚电解质/M-L2O(EO)n超分子聚合物纳滤膜对重金属离子的分离行为与机制。本项目的开展有利于进一步丰富和发展可逆配位超分子聚合物的形成理论、拓展配位超分子聚合物的应用领域，为纳滤膜的结构调控提供新的途径、有利于促进深入理解纳滤分离机制，具有十分重要的理论意义与应用价值。

采用自组装方法制备纳滤膜，工艺简便，绿色环保，因此成为当今研究热点之一。人们从聚电解质的电荷密度、组成、组装层数到膜的溶胀性等对膜分离性能的影响均开展了详尽细致的研究。组装效率也在引入外场（电场、压力驱动等）的作用下得到了极大的提高。但是，原料多为以共价键结合的聚电解质，而采用非共价键结合的聚合物—超分子聚合物组装纳滤膜的研究未见报道。. 本项目以白屈草酸型双头配体L2O(EO)4与Zn2+、Ag+及Cu2+形成的M-L2O(EO)4超分子聚合物分别与聚烯丙基铵盐酸盐（PAH）在碱改性的聚丙烯腈超滤膜表面层层交替静、动态混合组装构建纳滤膜。系统研究金属离子种类、Mn+:L2O(EO)4配比、浓度、组装双层数等对膜结构及分离性能的影响，并考察膜的抗菌性及在Co2+分离方面的应用。. 结果表明，虽然通常超分子聚合物由于可逆性不适合用做膜材料，但在共价型聚电解质的作用下，采用合适浓度，超分子聚合物稳定性增强，与PAH层层自组装构建的纳滤膜在1000 mg/L 的NaCl、Na2SO4、MgCl2、MgSO4、CoCl2及SrCl2等溶液中均具有良好的稳定性及选择分离性。而且Mn+:L2O(EO)4除了在化学计量比1:1能与PAH实现自组装，在1:2，1:3及2:1也同样能成功构建纳滤膜。其他组装性质与常规共价型的聚电解质性质类似。但是，需要指出，可能形成的超分子聚合物荷电量较少，分子链较短，不能实现对分离膜完全覆盖，因此以其为最外层的纳滤膜呈现明显的次外层荷电特征。. 本项目构建的纳滤膜具有良好的抑菌性，尤以Zn2+，Ag+构建的超分子聚合物纳滤膜抑菌性更佳，对大肠杆菌的抑菌率达到98%左右。并且用于250 mg/LCo2+分离时，脱除率达到95%以上，性能稳定。当压力处于0.2-0.8Mpa之间时，随着压力的增大膜通量增大，脱除率基本不变，具有良好的应用潜能。. 本项目对于进一步丰富和发展可逆配位超分子聚合物的形成理论、拓展配位超分子聚合物的应用领域具有促进作用，同时为纳滤膜的结构调控提供了新的途径，为处理重金属离子废水提供了一种新材料。