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》超级净水膜诞生 浙大制成图灵结构分离膜
《科学》超级净水膜诞生 浙大制成图灵结构分离膜
2018-05-09 09:35:12来源:元素商城

元素百科为您介绍超级净水膜诞生,浙大制成图灵结构分离膜。从浙江大学获悉,近日,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,于北京时间5月4日发表在国际顶级期刊《科学》上。

 超级净水膜诞生 浙大制成图灵结构分离膜.jpeg

斑马的黑白条纹、海螺的旋转螺纹、植物茎叶的回旋卷曲……大自然中这些规则重复的图案是怎么形成的,一直是个令人好奇的问题。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”。

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。张林团队进行深入研究。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。

图灵结构产生的必要条件,就是两个反应物的扩散系数之差要达到一个数量级以上。研究团队想要寻找到一种方法改变反应物的扩散系数差异,使其能满足这个条件。

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,这项工作就好比是拉住其中扩散慢的反应物的“大腿”,让它跑得更慢一点。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。这些只有20-30纳米致密的、具有周期性规律的图灵结构,有的呈管状,有的呈泡状,在膜表面为膜提供了可以让更多水透过的位点,进而增强了膜的透水性能。

如果通过电子显微镜观察,这些图灵结构,仿佛是一个个半圆形的帐篷密密麻麻地覆在膜的表面。这些“撑开”的鼓鼓囊囊的“帐篷型结构”中间有很多空隙,减少了水透过的阻力,使得膜的分离性能比传统制备方法制备的膜提高了3至4倍。也就是说,透过膜的水比原先要多出3至4倍,大大降低了膜过程的产水成本,提高了分离效率。

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: 材料及新材料工程塑料  
相关专题: 材料
相关阅读:
●  再生利用行业新机遇:塑料垃圾回收利用治理环境污染
元素百科为您介绍塑料垃圾回收利用治理环境污染。目前,塑料生产越是发达,人类所制造的塑料垃圾也越来越多,废旧塑料垃圾充斥在我们生活的每个角落,塑料垃圾回收利用成为了保护环境,治理塑料污染的一大利器。随着科技进步,塑料回收产业做得越来越有模有样。塑料回收产业越来越向着专业化、节约化方向发展。那么,回收回来的废旧塑料都有哪些用途呢? 塑料回收一:可用作建筑材料记者了解到,以废塑料生产建材制品可......
●  《自然》:哈佛研究人员设计高性能仿生材料可从空中收集水
元素百科为您介绍:受沙漠甲虫、仙人掌和猪笼草的启发,哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)和Wyss生物工程研究所的研究人员,结合多种生物体的特性设计出一种高性能仿生材料,可更为有效地从空气中收集水。这一方法不仅可用于解决某些地区干旱缺水的问题,也为未来仿生学发展打开了新的思路。 自然界生物体收集水 一些生物可在干旱的环境中生存,因为它......
●  石墨烯上成功制备可控纳米孔
元素百科为您介绍石墨烯上成功制备可控纳米孔。俄罗斯国家研究型工艺大学(NUST MISIS)的专家,与其他国家物理学家组成的国际小组共同开展一系列快重离子辐照石墨烯实验。结果显示,可以通过这种方式在石墨烯上制备直径可控的纳米孔。 NUST MISIS客座教授、物理数学副博士阿尔卡季·克拉舍宁尼科夫解释说:“现在的石墨烯研究,就是研究如何控制其特性变化。而‘控制’石墨烯制造结构,能够显著改......

您确定要从购物车中移除吗???