| 单词 | 液晶膜的制备及液体分离 |
| 释义 | 【液晶膜的制备及液体分离】 液晶膜是一种新型的很有发展前景的功能分离膜，主要包括两大类：一类是以热致性液晶低分子和非液晶性高聚物为主要材料，以王冠醚或碳氟化合物为次要材料共混制得的分离膜，称之为液晶复合膜；另一类是以液晶性高聚物制得的液晶高分子膜，它又分为主链液晶高分子膜、侧链液晶高分子膜和弹性液晶高分子膜。现在广泛应用的功能分离膜有液膜和高分子膜，液膜通量大且选择性高，但实际应用不便；高分子膜实际应用方便，但通量和选择性均不够高。液晶膜是迄今唯一兼具上述3种特征的功能分离膜，它已引起众多功能分离膜及高分子材料工作者的极大关注。 早在1979年就展开了液晶膜研究，当时仅限于二元液晶复合膜；1985年研制成了气体分离性能比二元液晶复合膜更好的三元液晶复合膜；1986年用添加冠醚的方法制得了液体分离性能良好的三元液晶复合膜；此外，还开展了具有低液晶相变温度的侧链和主链液晶高分子膜的研究、具有高液晶相变温度的主链液晶高分子膜的研究、弹性液晶高分子膜的研究和液晶复合膜的电光显示应用研究。由于液晶态的低粘度、高流动性、易膨胀性和有序性，特别是电场、磁场、力场、光、热及溶液H+浓度变化可使液晶分子进行择优取向排列或发生其它显著变化，从而使液晶膜具有比高分子膜大得多的水、有机小分子、离子及气体传递通量和选择性；高聚物支撑体的存在使液晶膜比液膜的实际应用要方便得多；液晶膜同时具有原料成本低和力学强度大等特点。因此，液晶膜可望在气体分离(氧氮分离、气态烷烃及其异构体分离和惰性气体富集)、液体分离(离子分离、药物控制释放、作为脱盐膜、防湿膜和人工肾透析膜)和电光显示等方面发挥重要作用，具有较重大的理论研究价值和广阔的应用前景。液晶复合膜的制备方法有：1．溶剂蒸发法，是将基质高聚物和液晶的混合物配成重量浓度为6%～10%的四氢呋喃或对称二氯乙烷溶液，把溶液倒在温度为293K的玻璃板上，放置密闭容器中待溶剂蒸发，再放入真空度为13．3Pa和温度为293K的真空箱中干燥3～7d，后在高于液晶组分转变温度TKN下进行约3h的固化即得自支撑型平板液晶复合膜，膜厚度约0．1mm。必须指出，若制备含有CPB的液晶复合膜，在溶剂挥发过程中，应对膜施加一个电场，使极性CPB分子沿电场方向择优取向。溶剂蒸发法的优点是制膜过程简便易行，可获得面积较大、力学强度较高的液晶膜，因此该法已被广泛使用，其缺点是膜厚及其均匀性较难控制。2．水面展开法。是将基质高聚物与液晶混合物溶于四氢呋喃／甲苯／氯仿(2／4／1)混合溶剂中配成重量浓度为8%～17%的溶液，把一滴这样的溶液沿着水槽壁滴入温度为273～283K的水面上，由于水面具有较大表面张力，溶液将自动展开且溶剂大量挥发，此时在水面上即可形成厚约1×10－8～5×10－8m的液晶膜，借助一种平面提取技术把水面上的液晶膜覆盖在多孔聚四氟乙烯膜上。上述操作反复进行，可把数十层液晶膜相互叠加在一起，再从聚四氟乙烯膜上剥下液晶膜，并将膜固定在环状框架上，可得厚约1μm有效透过面积为7．1×10－4m2的液晶复合膜。菊池裕嗣等借助透射电子显微镜详细研究了该类液晶复合膜的凝聚状和膜厚与溶剂混合比、溶液浓度和水温等成膜条件之间的相互关系。水面展开法的优点是可制备厚度一定的极薄的液晶膜，这将大大有利于提高膜的分离选择性和渗透通理。液晶高分子膜的制备方法有：(1)溶液法。是将重量浓度为10%的液晶高聚物。三氟乙酸溶液室温下倒在聚四氟乙烯板上，323K下真空干燥数天，再在高于转变温度TKN下的氮气介质中热处理2h，或在室温下干燥183d即得液晶膜。该法的特点是制备过程简便且易于制备较薄的液晶高分子膜。(2)熔体法。是液晶高聚物在高于转变温度TKN下从切膜孔挤出后，在更高的温度下压模成膜。熔体法可制得力学强度和液晶有序均较大的液晶高分子膜，但其膜较厚，使熔体成膜的氧气扩散和溶解系数均很低。液晶复合膜的液体分离性能可从以下几方面阐述：1．液晶复合膜的水渗透性能。溶剂蒸发法EBBA／PC液晶复合膜的水渗透性随EBBA含量的加大而明显加强。在EBBA的TKN(304K)附近，45／55和60／40EBBA／PC液晶膜的水渗透系数突然加大了2．5倍，因为EBBA晶体向向列液晶相的转变诱发了液晶膜的热运动，加大了EBBA液晶有序区域内外的空隙体积。热力学测试指出，可通过改变相变区(正象TKN)的分子热运动来控制EBBA／PC液晶膜的水渗透性。2．液晶复合膜的旋光异构体分离性能。1989年菊池裕嗣以水面展开法制备了含旋光冠醚的EBBA／PVC／CR*超薄三元液晶复合膜，研究了该液晶膜的D、L－氨基酸盐旋光异构体的分离性能，发现其在高于EBBA液晶相变温度(309K)时，具有很大的氨基酸盐渗透通量；由于旋光冠醚分子可诱导向列液晶相发生旋光螺旋排列，所以该膜对D、L－氨基酸盐具有高度旋光分辨能力。EBBA／PVC(60／40)二元液晶膜的D、L－氨基酸旋光异构体的渗透通量之比JD／JL=1；若在EBBA／PVC(60／40)液晶膜中添加0．9%的旋光掺杂物(R)－BN，可使JD／JL=1．8；再在含(R)－BN的EBBA／PVC液晶膜中加入0．7%的相反旋光方向的(S)－CR，可使JL／JD=6．9；此时，如支掉(R)－BN．则EBBA／PVC／(S)－CR*(58．9／39．2／1．9)三元液晶膜的JL／JD=22，其中JL=0．042mol／(m2·h)，JD=0．0019mol／(m2·h)；而EBBA／PVC／(R)－CR*(60．1／39．4／0．5)三元液晶膜的JD／JL=10，JD=0．032mol／(m2·h)，JL=0．0031mol／(m2·h)。含(S)－CR*三元液晶膜之所以具有更大的2种异构体渗透通量比，即具有更强的旋光异构体分离能力。李新贵和杨溥臣认为可能与(S)－CR*的旋光纯度(98．2%)及其在液晶膜中的含量(1．9%)均比(R)－CR*的旋光纯度(81．8%)及含量(0．5%)要大有关。3．液晶复合膜的热控阴离子渗透性能。吉川正义和杉浦正昭研究了三醋酸纤维(CTA)、MBBA液晶和五冠醚三元液晶膜的苦味酸阴离子渗透性能，探讨了五冠醚载体浓度和温度对该阴离子渗透性能的影响。在298K时，当CTA中DC18C6浓度从零加大到3．2×10－3mol／g，MBBA／CTA／DC18C6三元液晶膜的苦味酸阴离子渗透通量从零加大到4．9×10－4mol／(m2h)；当DC18C6浓度在3．2～9．6×10－3mol／g时，阴离子渗透通量几乎维持在4．9mol／(cm2．h)，当DC18C6浓度从9．6×10－3mol／g加大到1．28×10－2mol／g时，阴离子渗透通量又逐渐下降到2．7×10－4mol／(cm2·h)。4种五冠醚载体浓度(在CTA中)均为6．4×10－5mol／g的三元液晶膜，在278～320K．温度范围内，苦味酸阴离子渗透通量随温度上升而线性加大，仅仅在310K附近略微向下偏折。液晶膜中的4种五冠醚对苦味酸阴离子渗透通量影响的次序是DB18C6＞DBP18C6＞DC18C6＞DB24C8。苦味酸阴离子渗透通量下降都是因为MBBA发生了液晶相到各向同性相的转变。但只要适当控制温度使MBBA处在向列液晶相，那么上述三元液晶膜都具有很高的苦味酸阴离子渗透通量。显然，可通过控制液晶膜温度的方法来控制液晶膜的阴离子渗透性能。4．液晶膜的可控阳离子渗透性能。(1)液晶复合膜的光控阳离子渗透性能。感光偶氮冠醚AZO－CR(1)和AZO－CR(2)用360nm波长紫外光照射可发生反式→顺式构象转化，用460nm波长以上的可见光照射或加热又可发生顺式→反式构象转化，顺式AZO－CR(1)的K+络合能力比反式的要大40．5倍。所以把AZO－CR(1)和AZO－CR(2)作为流动载体引入到EBBA(或CPB)／PVC二元液晶膜中，可使液晶膜与液膜一样具有优良的离子渗透性能，还可通过控制光照波长及光照时间来任意控制离子渗透通量。Kajiyama等首先以水面展开法制备了EBBA／PVC／AZO-CR(60／40／5)三元液晶膜，交替用紫外光和可见光照射盐溶液侧和顺水侧，借助AZO-CR的构象变化和质子流推动力探讨了三元液晶膜的K+能动输送。如前所述EBBA是以连续相存在于液晶膜中，所以EBBA可成为K+的AZ()－CR载体的有效输送相。(2)液晶复合膜的热控阳离子渗透性能。Shinkai等最早研究了溶剂蒸发法制备的含王冠醚三元液晶复合膜的K+、Cs+、Na+、Rb+渗透性能，如前所述，EBBA在液晶膜中形成了高流动性的连续相，三元液晶膜在TKN温度以下比较常见高分子膜具有大得多的PK+(19～34倍)，其中EBBA／PC／Am-CR(26)液晶膜具有最大的PK+，EBBA／PC／FC-CR(2)液晶膜具有第二大的PK+；相反，这两种液晶膜在TKN以下的PK+为零。在TKN以下温度范围内，随着温度上升，PK+以线性规律略有增大；PK+在TKN附近出现一个突跃；在TKN以上的温度范围内，随着温度上升，PK+以线性规律快速增大，这种PK+与温度的关系都是由于EBBA分子运动所致。Shinkai等指出，三元液晶膜的PK+主要受王冠醚含量及在膜中的分散状态影响，在TKN以下，如果王冠醚均匀地分散在液晶膜中，这时还有较小的PK+，那么K+的渗透完全停止。在TKN以上，Am-CR(26)、FC-CR(2)和FC-CR(3)在EBBA液晶相中将会发生“脱溶剂化”，使PK+迅速增大。总之，可通过控制温度来达到控制三元液晶膜的K+渗透性能的目的。鉴于EBBA／PC／CR三元液晶膜具有很高的阳离子渗透通量，Shinkai等继续探讨了该三元液晶膜的阳离子分离性能。上述发现使人类设计一种理想的热控可逆离子渗透膜和捕获与释放离子膜成为可能。离子渗透膜在液晶相变温度TKN以下，不发生离子渗透，在TKN以上却发生快速离子渗透，也可通过控制捕获与释放离子膜的温度来控制该膜捕获或释放离子。三元液晶膜的离子光控和热控可逆渗透输送功能，说明这些液晶膜至少可应用于人工肾的离子交换和环境保护等方面。总之，通过膜的分子设计，精选液晶材料和王冠醚，借助特殊的制膜方法，可获得具有特定膜结构的液晶膜。这种液晶膜不仅具有优异的液体分离性能，且该液体分离性能可通过光照、加热、施加电场和磁场等方法而得到人为控制。预计，液晶膜作为防湿膜、脱盐膜、人工肾透析膜、离子交换膜、电荷分离膜、旋光构体分离膜和药物控制释放膜等，将广泛应用于工业、农业、医学和环境保护等事业中。(天津纺织工学院分离工程研究所李新贵、杨溥臣撰) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。