化工资讯
当前位置:元素商城  >  化工资讯网  >   化工热点资讯   >  《科学》中国科学家成功研发首张图灵结构净水膜
《科学》中国科学家成功研发首张图灵结构净水膜
2018-05-07 09:25:44来源:元素商城

元素百科为您介绍中国科学家成功研发首张图灵结构净水膜。早在60多年前,英国科学家图灵就预测:某些重复的自然斑图可能是由两种特定物质(分子、细胞等)相互反应或作用产生的。通过一个被他称为“反应-扩散”的过程,这两种组分将会自发地自组织成斑纹、条纹、环纹、螺旋或是斑驳的斑点等结构。后来的科学家证实了这个猜想,并将这类结构称为“图灵结构”。

 中国科学家成功研发首张图灵结构净水膜.jpg

长期从事膜科学研究的浙江大学化学工程与生物工程学院张林教授团队把图灵结构与膜研究结合起来,第一次在薄膜上制造出了纳米尺度的图灵结构。这项首次面向应用领域构建图灵结构的研究成果,于5月4日发表在国际顶级期刊《科学》上。

界面聚合制备超薄分离膜技术从上个世纪80年代问世沿用至今,已经相当成熟,但同是界面聚合制备的纳滤膜和反渗透膜虽然制备工艺和反应机理完全一致,但两者的表面结构却差异很大:纳滤膜表面光滑,而反渗透膜表面呈峰谷结构,较为粗糙。

为什么会有如此明显的差别?张林团队决定对这个被“忽视”的问题进行深入研究。在深究差异原因时,他们发现界面聚合过程属于典型的“反应-扩散”体系。这个令人兴奋的发现,让他们很快联想到了图灵结构的形成条件。“我们在分析差异原因的过程中就在想,有没有可能把纳滤膜做成图灵结构?”

经过仔细分析和讨论,研究团队提出在扩散系数小的反应物水溶液中加入阻碍反应物扩散的亲水大分子。在大量的实验中,科研人员尝试添加各种亲水大分子,使溶于水的反应物向油中扩散的速率降下来,并在水与油的接触面上,与油中的反应物发生反应形成具有周期性变化的图灵结构的新型纳滤膜。

在长时间的不断试验后,科研人员发现聚乙烯醇作为抑制反应物扩散的亲水大分子的效果最好。

有了聚乙烯醇对反应物扩散的“阻碍”作用,原本平整光滑的膜表面真的就“长”出了图灵结构。张林教授介绍,纳滤是当前最先进的水处理技术之一,降低处理成本将在工业水回用、饮用水安全保障、雨水资源化利用以及西部苦咸水处理等领域发挥积极作用。

在实验上成功研制出具有图灵结构的新型膜后,还要从理论上加以论证。判断是否为图灵结构的标准是图案或结构呈现周期性变化,并且反应过程中两个反应物的扩散之差达到一个数量级以上。图案的周期性变化,科研团队可以通过观察和方程求解得到理论认证,但测量扩散极差一度成为整个验证的难点。

纳滤膜的界面聚合制备,往往只需要不到一分钟的时间就完成了,而加入亲水大分子后扩散速率的变化传统的测试方法几乎失灵。最终科研人员通过核磁共振进行表征,测定了加入亲水高分子后两个反应物扩散速率差,验证了实验确实成功制备了一种具有图灵结构的新型分离膜。

对于这项研究,三位论文评审专家都给出了很高的评价。其中一位评审专家认为,这是一种非常有趣的新型脱盐薄膜,“据我所知,这是首次尝试在薄膜上制造纳米尺度图灵结构的报道”。

您可能感兴趣的中国化工网栏目: 化学试剂化学元素化学元素周期表CAS查询
元素商城微信公众号
「一个有逼格的公众号」
相关标签: 原料化工中间体  
相关专题: 化学试剂
相关阅读:
●  聚丙烯酸钠如何合成,用途是什么
化学词典告诉你聚丙烯酸钠的合成方法以及用途。聚丙烯酸钠是一种新型功能高分子材料和重要化工产品,固态产品为白色(或浅黄色)块状或粉末,液态产品为无色(或淡黄色)粘稠液体。 聚丙烯酸钠的合成方法1.将去离子水和34kg链转移剂异丙醇依次加入反应釜中,加热至80~82℃。滴加14kg过硫酸铵和170kg单体丙烯酸的水溶液(去离子水)。滴毕后,反应3h。冷至40℃,加入30%的NaOH水溶液,中......
●  氟化镧的合成方法及用途
化学词典告诉你氟化镧的合成方法及用途。氟化镧是一种化学物质,白色面心立方晶体,几乎不溶于水,但可溶在醇中,溶解规律同于稀土氯化物。用氯化镧、硝酸镧和氢氟酸作用或氟化氢气体和氧化镧作用而制得。 氟化镧合成方法1.化学法将氧化镧溶解于盐酸中并稀释至100~150g/L(按La2O3计),溶液加热到70~80℃,再用48%的氢氟酸沉淀。沉淀经洗涤、过滤、干燥、粉碎、真空脱水得到氟化镧。2.将含......
●  对羟基苯甲酸的制备方法和用途
化学词典为您介绍:对羟基苯甲酸的制备方法和用途。对羟基苯甲酸的分子式为:C7H6O3。对羟基苯甲酸是无色至白色棱柱形结晶体,有毒。有刺激性,应密封避光保存。对羟基苯甲酸是用途广泛的有机合成原料。还广泛用于食品、化妆品、医药的防腐、防霉剂和杀菌剂等方面。 对羟基苯甲酸的制备方法 对羟基苯甲酸的生产方法有多种,苯酚钾羧化法较适于工业化生产,该法又分酚钾固相羧化法、酚钾溶媒羧化法、酚钾与二氧......

您确定要从购物车中移除吗???