【導(dǎo)讀】的微結(jié)構(gòu)形成機理與控制方法；應(yīng)用過程中的膜及膜材料微結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律。瓷膜材料設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。對高分子膜材料而言，膜材料的微觀結(jié)構(gòu)（分子鏈的化學(xué)。物理結(jié)構(gòu)與其刺激響應(yīng)性功能之間的內(nèi)在關(guān)系，是智能膜設(shè)計與制備的關(guān)鍵。備從以經(jīng)驗為主向定量控制的轉(zhuǎn)變。在上期973項目中，采用化學(xué)工程的過濾理。論，對多孔陶瓷膜成膜過程中的毛細(xì)吸漿機理與薄膜形成機理進行了系統(tǒng)研究，成品率從38％上升到90％以上，質(zhì)量達到國際先進技術(shù)水平。重點開展凝膠化理論與膜表面微結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)環(huán)境對膜性能的主動調(diào)控，以滿足特定分離體系對膜功能的特殊要求。探索具有水通道或離子通道的納濾和反滲透膜傳遞機理：將離子通。結(jié)構(gòu)及多功能化的新型芳雜環(huán)特種高分子膜材料。響,實現(xiàn)對膜的厚度及表面形貌的有效調(diào)控。研究兩親性共聚物對成膜體系熱力學(xué)性質(zhì)和成膜動力學(xué)行為的影響，通。確定聚合物膜表面、界面、本體在不同條件下的結(jié)構(gòu)變化

　　

【正文】 和方法，并應(yīng)用于汽油、液化氣脫硫滲透汽化膜材料初步設(shè)計。 合成 3～ 5 種具備較好抗 CO2塑化能力的膜材料 ，性能指標(biāo)： CO2滲透系數(shù) ≥401010cm3(STP) /cm2?s?cmHg ， 氣 體 選 擇 性 αCO2/N2≥50， αCO2/H2≥6 建立 混合導(dǎo)體 膜材料微結(jié)構(gòu) 及宏觀性能與材料制備方法之間的關(guān)系， 實現(xiàn)膜材料的形貌及尺寸可控 ； .認(rèn)知不同反應(yīng)氣氛對膜材料微結(jié)構(gòu)的影響機理。 建立 TiAl 金屬間化合物多孔材料基 /TiAl 合金膜制備技術(shù)、微觀組織、孔結(jié)構(gòu)及過濾性能之間的關(guān)系，建立新型金屬間化合物多孔材料孔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫；制備出仿生離子通道膜聚合物材料；建立智能化 溫敏性 親和分離膜的優(yōu)化設(shè)計原則 （溫度響應(yīng)性脫吸率 95%） ；制備出離子識別型智能開關(guān)膜。 發(fā)表 SCI 論文 70 篇，申請中國發(fā)明專利 16 項。 26 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 三 年 在水處理膜方面 ， 兩親聚合物改性相轉(zhuǎn)化法的普適性規(guī)律和方法，兩親聚合物在 TIPS 法成膜過程中的表面遷移與富集行為與調(diào)控 ； 采用分子模擬等手段，描述脫硝納濾膜中各種溶質(zhì)的傳遞行為 ； 研究芳香聯(lián)苯聚酰胺納濾膜的制備方法 ； 反滲透復(fù)合膜 、 納濾膜的結(jié)構(gòu)與耐氯氧化性能的關(guān)系。 在滲透汽化膜方面 ，研究分子篩膜的表面修飾改性技術(shù)，采用分子模擬研究分子在分子篩膜材料中的吸附和擴散行為；研究有機無機復(fù)合膜的成膜機理。 進行 聚合物膜材料 成膜過程動力學(xué)研究，進一步探索傳質(zhì)過程對最終膜結(jié)構(gòu)和滲透汽化膜分離性能影響的規(guī)律性； 繼續(xù)進行密度函數(shù)理論和分子模擬研究，基本建立滲透汽化膜材料設(shè)計理論和方法；進行汽油、液化氣脫硫滲透汽化膜材料制備研究。 在二氧化碳分離膜方面 ， 研究 高分子膜材料與溶劑的相互作用對微孔形態(tài)的影響 ， 優(yōu)化膜內(nèi)載體分布、調(diào)節(jié)和控制促進傳遞膜結(jié)構(gòu) ；考察 膜建立水凝膠層形成理論、初步建立兩親聚合 TIPS 法膜結(jié)構(gòu)控制的基本方法 ； 制備出基于聯(lián)苯四酰氯的新型芳香聚酰胺納濾膜材料 ； 膜的性能達到： NaCl 截留率 8090%， Na2SO4截留率 ≥98%，水通量 ≥50L/m2?h (溶質(zhì)濃度 500mg/L， ， 25℃ )。 建立分子篩膜的表面修飾改性方法，計算獲得不同組分在分子篩膜孔道內(nèi)的吸附參數(shù)和擴散系數(shù)；揭示有機 無機復(fù)合膜的成膜規(guī)律，獲得均勻、超薄的有機膜皮層 。 獲得膜材料結(jié)構(gòu)調(diào)控和膜分離性能調(diào)控研究成果 ； 基本建立起滲透汽化膜材料設(shè)計理論和方法 ； 汽油、液化氣脫硫滲透汽化膜材料制備取得初步成果。 制備 3～ 5 種 新型高性能 復(fù)合膜或 中空纖維分離膜 ： CO2 滲透速率≥2105cm3(STP)/cm2?s?cmHg， 氣體選擇性 αCO2/N2≥30， αCO2/H2≥4。 獲得 同時具有 組成梯度及孔結(jié)構(gòu)梯度的混合導(dǎo)體膜，用于 CO2 分解反應(yīng) ； 揭示反應(yīng)過程中的混合導(dǎo)體膜的氧傳輸機理和膜反應(yīng)機理，初步建立膜反應(yīng)過程的基礎(chǔ)理論。 27 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 組件內(nèi) 氣體流動 特性及 CO2 滲透膜的 Joule Thomson 效應(yīng) 。 設(shè)計及制備 同時 具有組成梯度及孔結(jié)構(gòu)梯度的混合導(dǎo)體膜 ； 在 混合導(dǎo)體膜反應(yīng)器中進行 CO2分解反應(yīng)，運用密度 泛函理論、第一性原理、分子動力學(xué)等手段，研究反應(yīng)過程中的氧傳輸機理和膜反應(yīng)機理。 在特種分離膜方面 ， 研究 TiAl金屬間化合物多孔材料基 /TiAl 合金膜的孔隙形成機理和孔隙控制理論 ； 研究仿生離子通道膜制備工藝對其結(jié)構(gòu)及性能的影響，研究鉀離子識別響應(yīng)型智能膜的控制釋放特性，研究智能膜材料的制備工藝。 建立 Ti、 Al 元素反應(yīng)合成的偏擴散方程和相關(guān)的造孔模型；篩選出聚合物仿生離子通道膜的最佳成膜工藝；建立離子識別型智能開關(guān)膜的優(yōu)化設(shè)計原則和制備工藝與方法；制備出刺激響應(yīng)型智能開關(guān)膜（智能開關(guān)膜的智能開關(guān)對環(huán)境刺激的響應(yīng)時間 2 min）。 發(fā)表 SCI 論文 70 篇，申請中國發(fā)明專利 14 項。 第 四 年 在水處理膜方面 ， TIPS 法制備共混膜的多層次 結(jié)構(gòu)控制方法；高通量，高截留率膜與膜結(jié)構(gòu)（皮層結(jié)構(gòu)）的關(guān)系。設(shè)計制備 側(cè)鏈 含胺基等官能團的 新型 酚酞型 聚醚砜。研究聚合物的結(jié)構(gòu)與膜材料抗溶脹性能的關(guān)系 。不同有機 溶劑對膜結(jié)構(gòu)和性能影響機理的研究 。 在滲透汽化膜方面 ，開展分子篩膜的微結(jié)構(gòu)設(shè)計，并針對乙醇 /水完成兩親聚合物改性相轉(zhuǎn)化法膜和 TIPS 法膜設(shè)計與結(jié)構(gòu)控制研究 ； 研究制備出 有機物脫除納濾膜：選擇分離性能 (溶質(zhì)濃度 500mg/L， 25℃ )： NaCl 截留率 2030%，COD 脫除率 ≥90% ，水通量≥50L/(m2?h)； 超濾膜：水通量大于1000 L/m2?h?， BSA 截留率大于 90%。 制備出高通量透水分子篩膜材 28 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 的分離優(yōu)化分子篩膜的微結(jié)構(gòu)； 研究有機無機復(fù)合膜的有機皮層包埋納米無機材料的膜改性方法 ， 考察無機物表面官能團效應(yīng)對相界面?zhèn)髻|(zhì)的影響 ； 同時考察透水膜和透醇膜在燃料乙 醇生產(chǎn)過程中的微結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。 分析、歸納總結(jié)出 膜結(jié)構(gòu)與滲透汽化膜分離性能之間的關(guān)系，探明膜結(jié)構(gòu)變化 對分離性能影響的內(nèi)在規(guī)律性，基本建成實驗結(jié)果和膜特性參數(shù)之間的定量關(guān)系。完善滲透汽化膜材料設(shè)計理論和方法。獲得性能優(yōu)良的汽油、液化氣脫硫滲透汽化分離膜。 在二氧化碳分離膜方面 ， 研究不同分離體系下優(yōu)化 調(diào)控 促進傳遞膜活性分離層 及支撐層結(jié)構(gòu)； 研究具有表面擴散或篩分功能介孔炭 聚合物雜化膜 ； 建立 關(guān)鍵單元數(shù)學(xué)模型和多層次復(fù)雜的理論計算平臺 。 研究 CO2 分解反應(yīng)過程中 膜及膜材料微結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律和膜的失效機理 ； 設(shè)計并制備出高性能的 混合導(dǎo)體 膜反應(yīng)器并考察其在 CO2 分解過程中的長期穩(wěn)定性。 料 (通量 3kg/m2?h，分離系數(shù)滿足工業(yè)應(yīng)用 )； 揭示 納米無機材料的微結(jié)構(gòu)參數(shù)、摻雜方式與 有機無機復(fù)合 膜性能之間 的關(guān)系 ，獲得 高 選擇性的 透醇分離膜材料（乙醇 /水分離系數(shù) 15）； 揭示醇 /水分離過程中導(dǎo)致透醇膜和透水膜材料微結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵因素。 設(shè)計和制備 的 汽油、液化氣脫硫滲透汽化分離膜， 汽油、液化氣脫硫膜的技術(shù)指標(biāo)達到： （汽油）≥?h、分離系數(shù) ≥10；滲透通量（液化氣） ≥ 80L(STP)/m2?h?bar，分離系數(shù) ≥10。 研制 2~4 種 聚合物分離膜 ： CO2滲透速率 ≥4105cm3(STP) /cm2?s?cmHg ， 氣 體 選 擇 性 αCO2/N2≥50。 開發(fā)出基于 Window 窗口的 CO2膜分離過程 計算軟件。 揭示 混合導(dǎo)體 膜及膜材料微結(jié)構(gòu)在膜反應(yīng)過程中的演變規(guī)律和膜的 失效 機理； 所設(shè)計的致密膜反應(yīng)器在 900℃ 時 CO2分解率達到 18%，并且能夠 穩(wěn)定操作 1000 小時以上。 建立反應(yīng)過程與膜分離過程的匹配 關(guān)系。 29 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 在特種分離膜方面 ， 建立一體式催 化－ TiAl 合金膜反應(yīng)器，在該膜反應(yīng)器中研究 TS1 分子篩 苯酚羥基化 反應(yīng) ； 研究小分子物質(zhì)在管口管內(nèi)修飾的納米碳管中的傳遞性質(zhì)，研究仿生離子通道膜微結(jié)構(gòu)與宏觀分離性能之間的內(nèi)在關(guān)系，探明刺激響應(yīng)型智能開關(guān)膜的微觀物理與化學(xué)結(jié)構(gòu)與其響應(yīng)性膜孔開關(guān)過程行為之間的內(nèi)在關(guān)系，研究 特洛伊木馬 式智能 化 溫度響應(yīng) 和 pH響應(yīng)微囊膜 的制備工藝。 優(yōu)選出適用于海水淡化過程的智能 型離子通道膜的最佳分離條件和分離膜；建立刺激響應(yīng)型智能開關(guān)膜的優(yōu)化設(shè)計原則和制備工藝與方法（智能膜孔開關(guān)系數(shù) ）；制備出 特洛伊木馬 式 智能 化 溫度響應(yīng) 和pH 響應(yīng)微囊膜 。 發(fā)表 SCI 論文 70 篇，申請中國發(fā)明專利 11 項。 第 五 年 在水處理膜方面 ， 共混膜動態(tài)抗污染性能的變化規(guī)律和影響因素；共混膜的清洗、再生和使用壽命的變化規(guī)律。 研究出磺化 、 季胺化膜材料的“超薄膜”制備方法。 深入研究正滲透膜的結(jié)構(gòu)與膜中水和離子傳遞的關(guān)系和相關(guān)機理，以及正滲透膜兩側(cè)和內(nèi)部的濃差極化現(xiàn)象。 在滲透汽化膜方面 ，建立面向 滲透汽化應(yīng)用體系的分子篩膜微結(jié)構(gòu)設(shè)計平臺； 研究 有機 無機復(fù)合膜的有機皮層官能團嫁接對膜表面的親水、親有機物和膜穩(wěn)定性的調(diào)控規(guī)律 ；研究生物質(zhì)發(fā)酵制乙醇的反應(yīng) 研究建立兩親聚合物的微孔膜材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)與性能的系統(tǒng)理論和有關(guān)方法，研制出 1～ 2 種 UF 膜； 研究出耐氯氧化 、 抗污染的新型納濾 、反滲透復(fù)合膜 ； 技術(shù)指標(biāo)：耐氯氧化等級： 5000ppm/h； 正滲透膜的分離性能： NaCl 截留率 ≥%，水通量1520L/(m2?h)。 獲得適合不同分離體系的分子篩膜的微結(jié)構(gòu)設(shè)計方法；獲得高分離性能的透醇膜， 通量 3kg/m2h，乙醇 /水分離系數(shù) 15； 揭示發(fā)酵反應(yīng)與透醇膜 分離性能之間的 匹配關(guān)系 ，獲得優(yōu)化的 乙醇發(fā)酵 膜分離集成 過程 30 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 膜分離集成工藝。 依據(jù) 膜 結(jié)構(gòu)變化對滲透汽化膜分離性能影響的內(nèi)在規(guī)律性，進一步完善滲透汽化膜材料設(shè)計理論和方法，進一步完善滲透汽化聚合物 膜材料微結(jié)構(gòu)調(diào)控和膜分離性能調(diào)控技術(shù)， 全面實現(xiàn) 汽油、液化氣脫硫滲透汽化分離膜預(yù)期技術(shù)指標(biāo)。 在二氧化碳分離膜方面 ， 開發(fā)復(fù)雜組成氣體膜分離過程數(shù)學(xué)模擬軟件，形成成熟的 CO2 膜分離集成技術(shù)研究設(shè)計開發(fā)平臺 ，并 完成 CO2膜分 離現(xiàn)場中試平臺 。 研究 CO2 分解膜反應(yīng)與烴類氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)的耦合過程。 在特種分離膜方面 ，研究反應(yīng)－膜分離耦合過程的數(shù)學(xué)模擬；系統(tǒng)研究對仿生離子通道膜進行脫鹽過程中涉及的基本物理化學(xué)問題并探明掌握其分離機理， 研究 特洛伊木馬 式智能 化 溫度響應(yīng) 和 pH響應(yīng)微囊膜 的控制釋放過程。 的工藝參數(shù)。 應(yīng)用建立的滲透汽化膜材料設(shè)計理論和方法，成功 設(shè)計和制備出汽油、液化氣脫硫滲透汽化分離膜，全面實現(xiàn)項目的技術(shù)指標(biāo)，即：（汽油）≥?h、分離系數(shù) ≥12；滲透通量（液化氣） ≥ 100L (STP)/m2?h?bar，分離系數(shù) ≥12。 CO2膜分離中試平臺指標(biāo) ： 裝置處理量 ≥5000NM3/d,裝置設(shè)計壓力≥ (其它性能指標(biāo)視現(xiàn)場氣源條件定 )。 獲得 新型 混合導(dǎo)體 膜反應(yīng) 的 耦合工藝。 獲得 苯酚羥基化的膜反應(yīng)過程的 優(yōu)化操作參數(shù)； 建立仿生離子通道膜材料設(shè)計的理論框架；建立 特洛伊木馬 式 智能 化 溫度響應(yīng) 和 pH響應(yīng)微囊膜 的優(yōu)化設(shè)計原則和制備工藝與方法（ 智能微囊膜的非需求性擴散滲漏率 1% ， 刺 激 響 應(yīng) 釋 放率 98%）。 發(fā)表 SCI論文 68 篇，申請中國發(fā)明專利 7項。