PAMAM树枝状大分子在分离膜中的应用

第47卷第7期

2019年4月广　州　化　工

Guangzhou Chemical Industry Vol.47No.7 Apr.2019

PAMAM树枝状大分子在分离膜中的应用

张筱烨

(天津工业大学材料科学与工程学院,天津　300387)

摘　要:PAMAM树枝状大分子具有典型的树枝状聚合物结构,其分子结构高度几何对称,分子结构可控,表面带有大量的氨基,内部含有空腔,同时表面官能团易修饰,近年来受到国内外研究者的广泛关注,在外刺激应答㊁纳米材料㊁光电器件㊁催化㊁生物等领域已经得到广泛的应用,其在分离膜领域的应用也备受关注㊂综述了PAMAM近年来在分离膜领域各个方向的研究进展,并对其对该领域的未来发展进行了展望㊂

关键词:树枝状聚合物;聚酰胺-胺;分离膜

　中图分类号:TQ317　文献标志码:A文章编号:1001-9677(2019)07-0031-03 Application of PAMAM Dendrimers in Membrane

ZHANG Xiao-ye

(School of Materials Science and Engineering,Tianjin Polytechnic University,Tianjin300387,China)

Abstract:PAMAM dendrimers have a typical dendritic polymer structure,highly geometrically symmetrical structure,controllable molecular structure,large number of amino groups and the cavities of interior,and the surface functional groups are easily modified.Therefore,in recent years,it has received extensive attention from researchers at home and abroad,such as external stimulus response,nanomaterials,optoelectronic devices,catalysis,biology,etc.Its application in the field of membranes has also received much attention.The research progress of PAMAM in various fields in the field of separation membrane in recent years was reviewed,and its future development in this field was prospected.

Key words:dendrimer;PAMAM;membrane

聚酰胺-胺(PAMAM)是典型的树枝状聚合物,20世纪80年代初由美国科学家Tomalia首次合成,目前已能工业化生产[1]㊂PAMAM具有树枝状聚合物的典型特征:高度几何对称性,分子结构可控等特征,此外PAMAM分支末端还有大量的伯胺基团,内部含有酰胺基团,羰基基团等,且基团数量随代数的增加呈指数增加,高代数的PAMAM呈现球形,且末端基团易修饰,进行改性[2]㊂由于其优异特性,近年来被广泛应用在吸附材料㊁生物㊁载体㊁医疗㊁膜材料等领域㊂其中膜材料的应用是利用膜本身所具有的选择透过性,在施加外界压力或者存在化学位差的情况下,粒径低于某临界值或含有特定电荷的粒子可通过膜到达另一侧,不满足条件的其他粒子则留在膜的外侧,从而达到对物质分离㊁提纯或富集的目的㊂分离膜技术由于无二次污染㊁低能耗㊁操作简便㊁工作效率高等优点,得到了广泛的应用,其中膜可分为:反渗透膜㊁纳滤膜㊁超滤膜㊁微滤膜等,不同的膜有不同的应用方向,如吸附重金属离子㊁海水淡化㊁油水分离㊁亲水改性和气体分离等领域[3]㊂但分离膜也存在着缺点如机械强度不高,耐酸碱性弱,膜易受污染,疏水性强等缺点,因此为了有效的利用分离膜的优异性能,需要进一步对分离膜进行改性㊂近年来,由于PAMAM的优异特性,国内外科学家越来越多的将PAMAM与分离膜结合起来,使分离膜的性能得到进一步提高㊂

1　重金属离子吸附膜

PAMAM表面带有大量的氨基基团,能够与重金属离子发生络合反应,吸附重金属离子,同时其内部含有空腔,能够螯合吸附重金属离子,进一步提高吸附性能㊂Kotte等[4]通过使用末端具有伯胺基团的低代树枝状大分子(G0PAMAM和G1.0 PAMAM)作为前驱体和环氧氯丙烷(ECH)在聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中原位合成PAMAM树枝状大分子颗粒的方法,

成功地制备了一系列不对称PVDF超滤膜㊂实验结果表明,这些新型混合基质PVDF膜可用作为Cu(II)的高容量吸附剂㊂Zhang等[5]通过使用PAMAM改性MWCNTs-COOH,合成MWCNTs-PAMAM并将其通过界面聚合接枝到超滤膜上,制备能够同时吸附二价阳离子和阴离子的纳滤膜㊂通过矿山废水的模拟测试可知,该纳滤膜能够吸附80%以上的重金属离子且纯水通量可达30L㊃m-2㊃h-1㊂另外,其在长期运行的情况下,能够保持稳定的分离性能,说明了该纳滤膜在重金属废水处理中的应用潜力㊂Zhu等[6]提供了一种简便有效的方法,通过在聚醚砜(PES)膜表面界面聚合,接枝上PAMAM来达到去除重金属离子的目的,接枝PAMAM不仅降低了复合膜的孔径,而且在膜表面提供了带正电的官能团,如叔氨基团,提高了膜的亲水性和渗透性能㊂改性过后的膜对大多数的重金属如Pb2+,Cu2+,Ni2+,Cd2+,Zn2+和As5+能够达到99%的去除率,在10bar的压力下,纯水渗透率(PWP)大于3.6L㊃m-2㊃h-1㊃bar-1,此外,膜在连续测试72h下依然能够保持稳定,表明这种改性膜在去除重金属离子和其他水处理应用领域具有巨大的潜力㊂