层层自组装与水处

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1、层层自组装Layer-by-LayerSelf-assembly1所谓的自组装(Self-assembly)，就是自发的组装，不需要人的介入和干预，通常是通过分子间的化学键或超分子作用，在一定的条件下自发地形成特定的有序结构。自组装技术是一种自下而上、由小而大的制作方向，即由原子、分子及其集合体向较大尺寸“合成”出器件的单元结构，并进而组织成器件的技术。1946年,Bigelow.W.C及其合作者首先提出自组装概念。1964年,Zisman.W.A阐明了自组装的基本原理。自组装2自组装技术的发展LBL技术SA技术LB技术3Langmuir一Blodgett(LB)技术LB技术

2、是由两亲性分子在气/液界面铺展形成单层膜，然后借助特定的装置将其转移到固体基片上形成单层或多层膜的技术。这样形成的LB膜，层内有序度较高，结构较规整。自组装技术的发展4基于化学吸附的自组装(SA)技术从二十世纪80年代早期以来，基于化学吸附的自组装技术作为LB技术的替代方法被开发出来。这种自组装技术以共价或配位化学为基础，通常包括两个步骤:(l)小分子化合物(如硅烷或烷基硫醇)通过化学吸附形成单层膜;(2)通过活化得到活性表面从而吸附下一层分子。循环这两步可以制备多层膜。这样得到的单层膜有序度较高，化学键稳定性也较好。自组装技术的发展5层层自组装(LBL)技术从20世纪90年

3、代初期以来，Decher等发展了一种层层自组装技术，基于带相反电荷的聚电解质在液/固界面通过静电作用交替沉积而形成多层膜。自组装技术的发展6自组装多层膜不需要复杂昂贵的仪器设备而且操作过程简单方便、绿色环保，更为重要的是通过超分子组装过程可以将不同种类和功能的构筑基元按照一定需要进行组装。自组装技术具有成膜物质丰富，而且成膜不受基底大小和形状的限制，可在分子水平控制组装体系的结构及性质，并且制备的薄膜具有良好的机械和化学稳定性，薄膜的组成和厚度均可控等诸多优点。如可以在非平面基底大面积的制备多层膜，膜材料的结构与组成的可调控性等都是其他膜材料制备技术所无法企及的。层层自组装优

4、点7层层自组装膜作用力范德华力氢键静电作用力电荷转移作用配位键疏水作用力8层层自组装膜的制备使用离子液体诱使自由薄膜剥离技术,在硅片上制备聚丙烯酸(PAA)/聚烯丙基氯化铵(PAH)多层薄膜，并在氯化铜酸性溶液中完全剥离形成自由薄膜。制备的自由薄膜在气体分离、传感器、催化薄膜、微机械装置、人造细胞壁等领域具有潜在的应用。9以碱改性聚丙烯腈(PAN)超滤膜为基膜,聚苯乙烯磺酸钠(PSS),聚苯乙烯磺酸钠-马来酸共聚物(PSS-co-MA),聚烯丙胺盐酸盐(PAH)为原料,采用动态自组装法制备一种低压高通量荷正电纳滤膜。层层自组装膜的制备10动态自组装是在一个直径为9cm的底部带

5、有多空支撑层的不锈钢容器中进行，将改性后的PAN/PET复合超滤膜安放在容器中，膜面朝上，边缘固定，容器中交替加入聚阳离子电解质溶液、聚阴离子电解质溶液，溶液在受压下搅拌。聚阳离子电解质组装时间为5min,聚阴离子电解质组装时间为2min。通过静电作用、疏水力、氢键等作用，聚电解质在超滤膜表面动态层层自组装得到超薄的选择性分离膜，制得表面荷电的纳滤膜。静态自组装则采用常规方法，聚阳离子电解质和聚阴离子电解质溶液在不受压状态下交替浸渍PAN膜面。层层自组装膜的制备11层层自组装膜的制备12最外层为阳离子聚电解质PAH，因此制备所得NF膜呈现明显的荷电正性，对二价阳离子盐的截留率

6、明显高于一价阳离子盐的截留率。由于是分子水平的组装，表层分离层很薄，通量普遍比目前商品化NF膜高。随着组装层数的增加，LBL膜厚度增加，对基膜支撑层的表面孔封作用加强，孔径减小，同时膜阻力增大，因此膜的渗透水通量降低。层层自组装膜的制备13Thanks14