高分子-氧化鈦納米雜化膜的制備與初步應(yīng)用.pdf

1、有機(jī)-無機(jī)雜化膜結(jié)合了傳統(tǒng)有機(jī)膜與無機(jī)膜的優(yōu)良性能,其制備和應(yīng)用研究是當(dāng)前膜領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)。TiO2具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、耐光腐蝕性和光催化活性、很強(qiáng)的散射和吸收紫外光能力和殺菌能力,填充在有機(jī)膜中,可提高膜的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和滲透性能,并且TiO2本身的特性也會(huì)在雜化膜中得到體現(xiàn),因此,近年來高分子-TiO2雜化膜的研究受到廣泛關(guān)注。
　　 目前,有機(jī)-無機(jī)雜化膜通常以物理或化學(xué)方法制備,隨著近年來社會(huì)對環(huán)境保護(hù)的日益

2、關(guān)注,尋求綠色合成方法逐漸成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。
　　 本文制備了多種生物高分子-氧化鈦雜化膜,發(fā)明了一種合成有機(jī)-無機(jī)雜化膜的純生物方法,并探討了這些雜化膜的初步應(yīng)用。
　　 有鑒于此,本文首次利用純生物方法制備了細(xì)菌纖維素-TiO2納米雜化膜,為有機(jī)-無機(jī)雜化膜的綠色合成提供了一個(gè)很好的思路；探討了作為無機(jī)填充物的氧化鈦的形貌和結(jié)構(gòu)對高分子-TiO2雜化膜分離性能的影響,并探索了這些雜化膜的初步應(yīng)用。
　　

3、 首先,以木醋桿菌為多功能微生物反應(yīng)器,一步合成了細(xì)菌纖維素-TiO2納米雜化膜,并且對其形成機(jī)理和應(yīng)用進(jìn)行了初步研究,對制備材料進(jìn)行了X射線衍射、X射線光電子能譜、掃描電子顯微鏡和投射電子顯微鏡等表征。通過向培養(yǎng)基中加入鈦前驅(qū)體二(2-羥基丙酸)二氫氧化二銨合鈦,合成了細(xì)菌纖維素-TiO2納米雜化膜。研究表明:細(xì)菌纖維素膜是由直徑為60-120nm的納米纖維構(gòu)成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),TiO2的引入未改變細(xì)菌纖維素的微觀結(jié)構(gòu),生成的30-5

4、0nm的TiO2顆粒主要鑲嵌在細(xì)菌纖維素的網(wǎng)絡(luò)中,含量可達(dá)到4wt％。木醋桿菌在合成細(xì)菌纖維素的同時(shí),礦化鈦前驅(qū)體生成TiO2納米顆粒,細(xì)胞壁／膜在TiO2合成過程中起到了重要作用。類似的,通過向培養(yǎng)基中加入硅酸鈉和硅酸,生物合成了細(xì)菌纖維素-SiO2納米雜化膜,表明這種生物方法具有一定的通用性。
　　 其次,為了解決生物合成法中TiO2納米顆粒在雜化膜中含量較低的問題,利用原位合成法制備細(xì)菌纖維素-TiO2納米雜化膜。通過向培

5、養(yǎng)基中加入水熱法合成的TiO2凝膠納米顆粒,原位合成了細(xì)菌纖維素-TiO2納米雜化膜,TiO2凝膠顆粒的加入對木醋桿菌的生長未產(chǎn)生影響。TiO2的引入未改變細(xì)菌纖維素的微觀結(jié)構(gòu),TiO2主要包埋在細(xì)菌纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,含量可達(dá)到7.1％。據(jù)推測,在細(xì)菌纖維素膜的合成過程中,懸浮在培養(yǎng)基中的氧化鈦膠體顆粒被包裹其中,從而最終形成了雜化膜。
　　 第三,為研究具有特殊形貌和結(jié)構(gòu)TiO2對納米雜化膜性能的影響,將水熱法制備的鈦酸鹽納米

6、管與生物高分子殼聚糖(CS)共混,制備了CS-TNTs納米雜化膜,并研究了其作為直接甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜的性能。由于TNTs的表面羥基與殼聚糖高分子鏈段上的羥基和氨基形成氫鍵相互作用,使TNTs很好分散在CS基質(zhì)中,提高了雜化膜的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性；TNTs引入降低了雜化膜的自由體積分?jǐn)?shù),有效降低了雜化膜的甲醇滲透性能。其中,含15wt％的TNTs的CS-TNTs納米雜化膜的機(jī)械強(qiáng)度為85.0Mpa,甲醇滲透率為為0.497×10-6