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介绍原子层沉积技术在膜表面改性中应用

文章出处:互联网 责任编辑:和记注册|中国有限公司官网 发表时间:2022-04-27
  
  随着水净化技术的发展,膜法因其分离效率高而备受关注,然而,由于膜污染造成的低截留率和膜通量的降低仍然是其实际应用的巨大挑战。
因此,膜表面改性被广泛应用于膜法的改进,目前有许多膜表面改性方法,包括等离子体处理、表面浸涂、表面接枝、界面组合、表面沉积等。

其中一种先进的膜表面改性方法是原子层沉积,主要用于调节膜的孔结构或表面亲水性,通过对膜表面化学结构的设计,可以提高膜的截留效果,减少膜污染。

原子层沉积

原子层沉积是一种利用连续的表面反应,通过原子层控制在各种基底上共形沉积薄膜的方法,顾名思义,它本质上是原子的,可以在原子尺度上精确地在选定的衬底表面沉积薄膜。
与传统表面改性方法相比,ALD有以下特点:均匀、致密无孔洞;可生成极好的三维保形性化学计量薄膜,作为台阶覆盖和纳米孔材料的涂层;薄膜生长可在低温(室温到400℃)下进行;可简单精确地控制薄膜厚度;广泛适用于不同形状的基底;此外,ALD在膜等高度弯曲的基质上是共形沉积,不仅保留了膜的原始孔结构,而且达到了近100%的覆盖率。
原子层沉积在膜改性中的应用:
1、亲水性
膜表面改性的一个重要目标是控制膜表面的润湿性,如对低表面能材料(如聚四氟乙烯和聚丙烯)制成的膜的亲水性改善,这些材料具有非极性疏水表面,有化学惰性,难以用传统的化学和物理手段进行表面改性。
ALD为这些材料提供了一种潜在亲水改性方法,因其可以直接在基体上形成共形沉积层,使材料具有亲水性,而不需要与底层膜表面发生反应,聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯膜等常见膜的亲水性也在ALD处理后增强,同时膜的通量和截留率也得到提高。
2、抗污染性
膜污染将造成膜分离性能和渗透通量发生难以恢复的衰减,制约了膜技术的推广应用,膜污染主要分为无机污染、有机污染和生物污染,其中有机污染与生物污染与膜表面吸附性有关。
特定的污染物和特定的金属氧化物表面之间的特定相互作用决定了附着和污垢的容易程度,ALD处理后的膜由于表面亲水性的提高,细菌的附着力减轻,有效降低了膜的生物污染。
同时,因膜表面亲水性提高,表面更易包覆极性分子,对油类等非极性分子的抗污染性能也显著增强,用ALD对膜进行改性用于油水分离已逐渐受到研究界的关注。
3、分离选择性
由于膜的多孔结构和较大表面积,膜可以用作催化剂和吸附剂的支撑材料,吸附和催化均在膜表面上进行,因此对膜材料进行表面功能化有利于膜性能的提升,和其他功能化方法相比,ALD工艺是共形沉积,不改变膜孔结构。
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