具有不对称孔道结构的小介孔二氧化硅粒子的合成及其高分子杂化膜的构建

童 诚，吴文韬，王 挺

（1.浙江工商大学环境科学与工程学院,杭州310012；2.太原科技大学材料科学与工程学院,太原030024）

由于具有稳定、高效且无相转移的优势，膜分离技术已经被广泛应用于环境、化工和医药等领域［1～3］.对于超滤、纳滤、反渗透及渗透汽化膜过程，膜材料都是膜分离技术得以成功应用的核心因素［1～3］.其中，高分子材料由于具有易成膜的特性而在多种领域中成为构建高性能分离膜的首选基材，并且得到了广泛成熟的工业应用，如用于超滤膜的聚偏氟乙烯（PVDF）［4］、用于反渗透膜的醋酸纤维素［5］和用于渗透汽化膜的聚乙烯醇［6］等.但高分子膜在大规模工业应用中还存在一些问题，首先就是高分子膜普遍存在的博弈效应（Trade-off效应），即膜通量与其分离选择性等相互制约［7］.如PVDF等超滤膜对于同一种分离物质的膜通量高，但截留率较差［8］.聚酰亚胺（PI）作为CO2分离膜材料时，其透气性和透气选择性也相互制约［7］.另一方面，大部分高分子膜材料极性较弱，在很多分离体系中都存在性能上的不足［8，9］，如PVDF材料的弱极性使其超滤膜具有通量低和易污染的缺陷.而增强PI膜极性则可以显著提升其分离CO2分子的性能［7］.

将无机纳米材料掺杂到高分子中构建有机-无机杂化膜可以克服高分子膜的Trade-off效应［10，11］.无机纳米材料表面的亲水基团同时还可以增强膜材料的极性.大量有机-无机杂化膜的研究工作表明［10～12］，良好分散于高分子体系中的纳米材料可以有效克服高分子膜的Trade-off效应，对膜分离性能的提升作用也非常显著.TiO2和SiO2纳米粒子的亲水表面增强了掺杂后高分子材料的极性，如通过原位聚合法引入亲水SiO2可以增强掺杂后PI杂化膜对CO2气体的分离性能［13］；……