CN104119554B - 一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法 - Google Patents

一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于功能材料技术领域的一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法。该制备方法包括以下步骤：1.将聚苯乙烯PS板置于溶胀剂为四氢呋喃THF和水混合溶液中溶胀一定时间；2将溶胀的PS板置于液氮中冷冻一定时间，溶剂THF被封于PS板内部；3.缓慢升温，使THF逐渐从PS板中挥发出来。在挥发过程中诱发PS板表面形成有序的微米或纳米级多孔结构。本发明的方法具有工艺简单、能耗低、效率高等优点。

Description

一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法
技术领域
本发明涉及一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
微纳米有序多孔材料是近年来快速发展起来的新型材料，因其具有排列规则、孔道结构大小可调及比表面积较大等显著特点而得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。继而使其在分离、吸附、催化、生物、医学等方面有着巨大的应用潜力。并在化学工业，信息通讯，生物技术，环境能源等领域具有重要的应用价值。
多孔膜与相应的膜分离技术包括微滤、超滤、电渗析、反渗透等已广泛应用于食品、医药卫生、生物技术、化工、环境等领域，发挥着越来越重要的作用。作为载体材料的多孔材料，既可作为催化剂载体也可作为药物载体。此外，多孔材料可用作高效气液相色谱柱材料、传感器用敏感材料、特种电池材料，甚至在酶或蛋白质运送过程中的保护层材料。同时，多尺度有序多孔膜材料可用作催化剂载体、染料敏化太阳能电池光阳极、膜反应器等，并在离子交换、色谱分析、传感器等方面也有潜在的应用前景。
对有序多孔材料的研究已经广泛展开，通过科学工作者的努力，这一领域已经取得了明显的进步。多孔材料制备方法很多，常用的有倒相法、相分离法、溶胶-凝胶法、大分子组装模板法、溶剂致孔即溶剂-非溶剂效应等。而微纳米结构的形成通常有刻痕法、溶剂和非溶剂效应、相分离法、乳液聚合法、模板法、刻蚀法、自组装法等。技术已日趋成熟。但是，由于有序多孔材料的制备、性质、功能等各方面的研究需要综合的化学和物理知识，制备技术的有效控制还有待进一步完善，因而仍然存在一些需要解决的问题。
本实验采用冷冻法结合溶剂-非溶剂效应直接对PS板进行溶胀处理，用时短效果好操作方便，可以通过控制溶剂和非溶剂的比例以及溶胀时间、冷冻时间有效控制PS板的多孔结构和孔密度分布，得到多孔膜。
发明内容
本发明的目的是一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法。
本发明采用的技术方案是提供一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，该方法步骤如下：
(1)PS板溶胀
将溶剂与非溶剂按比例配制一定浓度的溶胀剂，将PS板置于溶胀剂溶液中溶胀一定时间；
(2)PS板冷冻
将溶胀的PS板置于液氮中冷冻一段时间，溶剂被封于PS板内部；
(3)PS多孔膜制备
缓慢升温，使溶剂逐渐从PS板中挥发出来，在挥发过程中诱发PS板表面形成500nm-5μm的多孔膜，且孔径分布均匀规整有序或无规蜂窝状多孔膜。
采用冷冻法制备有机多孔膜，所述有机膜材料物选自聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚偏氟乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯对苯二酸酯，乙酸纤维素，纤维素，聚乙烯醇，尼龙，聚甲基丙烯酸酯，聚碳酸酯，聚亚苯基氧化物，聚甲醛，聚酰亚胺，聚丙烯腈，聚乙烯乙酸酯，酚醛树脂。
所述有机薄膜可通过物理或者化学方法制得。
所述混合液要选择一种能溶解有机膜材料的溶剂和另外一种非溶剂。且溶剂和非溶剂互溶。
所述溶剂所占的质量分数为0.5-0.8(0.770％时)。
所述PS板需要溶胀处理5-10min。
所述PS板需要冷冻处理1-1.5h。
所述PS板需缓慢升温，使溶剂逐渐从PS板中挥发出来。在挥发过程中诱发PS板表面形成500nm-5μm的多孔结构，且孔径分布均匀规整有序或无规蜂窝状多孔膜。
本发明的有益效果是：
(1)可以制备出多种有机多孔膜，应用范围广，这大大简化了工艺过程。
(2)由于能溶解一种有机物的溶剂有多种，所以制备过程可选择的溶剂和非溶剂范围广，可以有效选择较合适的溶剂。
(3)由于溶胀、冷冻处理操作简单且所用时间短，大大降低了能耗和时间。
(4)能够控制溶剂和非溶剂的量以及溶胀、冷冻处理时间，有效地控制孔径大小和孔密度分布，所以适用范围更广，可以制备出一系列不同孔径分布的规整有序多孔膜或无规蜂窝状多孔膜。
附图说明
图1是实施例1制备的聚苯乙烯板规整有序多孔膜扫描电子显微镜(SEM)图片。
图2是实施例2制备的聚苯乙烯板无规蜂窝状多孔膜扫描电子显微镜(SEM)图片。
具体实施方式
采用冷冻法，以有机高聚物材料为原料制备有机多孔膜。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，该方法步骤如下：
(1)PS板溶胀
将四氢呋喃THF与水配制成质量分数为70％的溶胀剂，将PS板置于溶胀剂溶液中溶胀5min；
(2)PS板冷冻
将溶胀的PS板置于液氮中冷冻1h，溶剂被封于PS板内部；
(3)PS多孔膜制备
缓慢升温，使溶剂逐渐从PS板中挥发出来，在挥发过程中诱发PS板表面形成有序的微米级多孔结构。
图1是制备的PS多孔膜的SEM图，由图可见，制得的多孔膜孔径分布较窄，基本控制在500nm-5μm，且孔径分布均匀，可用来做超疏水材料，具有良好的应用潜能。
实施例2
一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，该方法步骤如下：
(1)PS板溶胀
将四氢呋喃THF与水配制质量分数为70％的溶胀剂，将PS板置于溶胀剂溶液中溶胀10min；
(2)PS板冷冻
将溶胀的PS板置于液氮中冷冻1h，溶剂被封于PS板内部；
(3)PS多孔膜的制备
缓慢升温，使溶剂逐渐从PS板中挥发出来。在挥发过程中诱发PS板表面形成无序的微米级多孔结构。
图2是制备的PS蜂窝状膜的SEM图，由图可见，制得的无规蜂窝状膜可以用来做骨架，负载无机物。具有良好的应用潜能。

Claims (2)

1.一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)PS板溶胀
将四氢呋喃与水配制成质量分数为70％的溶胀剂，将PS板置于所述溶胀剂中溶胀5min；
(2)PS板冷冻
将溶胀的PS板置于液氮中冷冻1h，四氢呋喃被封于PS板内部；
(3)PS多孔膜制备
缓慢升温，使四氢呋喃逐渐从PS板中挥发出来，在挥发过程中诱发PS板表面形成有序的微米级多孔结构。
2.一种采用冷冻法制备有机多孔膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)PS板溶胀
将四氢呋喃与水配制成质量分数为70％的溶胀剂，将PS板置于所述溶胀剂中溶胀10min；
(2)PS板冷冻
将溶胀的PS板置于液氮中冷冻1h，四氢呋喃被封于PS板内部；
(3)PS多孔膜的制备
缓慢升温，使四氢呋喃逐渐从PS板中挥发出来，在挥发过程中诱发PS板表面形成无序的微米级多孔结构。
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