基于荷叶效应的表面仿生多孔分离膜的构建及其浸润性研究

超亲疏水表面的自清洁效应在生产和生活中具有非常广阔的应用，但用于分离用途的具有超亲水或超疏水性的多孔膜鲜有报道，与多孔膜超亲疏水性相关的科学问题也未系统研究。本项目基于荷叶效应仿生构建表面具有纳微图案结构的多孔膜，实现分离膜的超亲水性与超疏水性；探索聚合物化学组成及多尺度结构与膜的表观浸润性相关的科学问题，力求探索简单而精确调控的表面仿生多孔膜制备工艺。拟采用模板复制法构造表面具有微米尺度结构图形，采用非溶剂诱导溶液相分离方法一步制备多孔膜，构造纳米/微米组合的多重尺度结构，最终制备具有超亲水与超疏水性的多孔分离膜。本项目将激光微加工技术与膜分离相转化方法有机的融合，建立了一种简单、快速并可完整复制的一步法制备超亲水与超疏水性多孔膜的方法，形成了仿生超亲疏水性多孔膜的整体结构可调机制，制备了一类新型的表面图形化多孔膜材料。

基于荷叶效应原理，探索实现多孔膜超亲疏水性的有效途径。利用表面微图案化实现分离膜表面的微构造，通过在膜表面构筑微图案结构，膜表面的浸润性、摩擦等与分子间作用力和表面拓扑结构有关的性质得到有效控制。. 通过掺杂无机纳米粒子与涂覆低表面能含氟物质实现膜表面能调控，结合表面纳微结构构筑实现了PES与PVDF膜表面的超疏水化，接触角达到154°，为PES与PVDF膜在膜蒸馏与膜吸收方面的应用提供了新型材料。. 采用共混亲水性磺化聚砜改善了聚醚砜的亲水性，降低了聚醚砜的接触角，提高了抗污染性。通过在聚醚砜多孔膜表面构筑纳微凹凸结构实现多孔膜表面亲水性显著改善，接触角达到8°达到超亲水目标。. 通过选择亲水性聚合物EVAL与亲水性添加剂共混的方法，显著改善EVAL分离膜的亲水性。提出液滴在微孔膜表面的润湿模型——“引导-渗透”理论，补充了传统润湿理论，具有一定的借鉴作用。. 以含有亲水性基团的EVAL为基础膜材料，利用紫外接枝法将甲基丙烯酸 N,N-二甲氨基乙酯（DMAEMA）接枝至基膜表面，首次制备了具有环境响应性的EVAL智能开关膜，并发现该智能开关膜在表面亲疏水性、渗透性能和截留性能方面均表现出显著pH响应特性，实现了智能膜超滤特性与纳滤特性之间的转化。开辟了智能膜在分离纯化方面的应用。. 开展了相分离过程微图案的形成工艺研究，探讨了图案的微观结构与膜浸润性能的关系。以刚性聚合物聚醚砜(PES)、柔性聚偏氟乙烯（PVDF）以及介于二者之间的乙烯-乙烯醇共聚物（EVAL）为基质膜材料，利用微图案硅片为模板，通过非溶剂致相分离法（NIPS）制备了多孔微图案膜。结果表明：以模板法制得的膜表面呈现规整的微图案，且膜表面微图案的规整性随铸膜液中聚合物浓度的增加而提高，图案化进一步改善了分离膜表面的浸润性，图案化前后膜的拉伸强度变化不大。膜表面图案化技术在新型膜过程、组织工程学、微流控装置、微接触印刷多孔模型等很多领域都有着广泛的应用前景。