据膜分离技术交流微信公众平台2017年1月5日讯 新科技发展迅速，传统工业可以适当借鉴融入。美国宾西法利亚州立大学的研究人员利用光固化和三维打印技术来制备微纹理（micro-patterned）的阴离子交换膜，相关研究成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces （DOI: 10.1021/acsami.6b03455）。
最理想的离子交换膜具有高选择透过性、低电阻和高机械、化学、热稳定性等特性。但是有时候为了特殊的应用领域必须折衷。有表面纹理的离子膜提供了一种提高通量的方式，增加了表面积却低水胀。除了能够提高膜的运输性能，还能够提供其它功能，如在过滤系统中降低污染等。在传统的膜堆中，两个平板膜之间采用的非导电垫片为液体流动形成了一个空隙，而有导电表面纹理的膜所形成的通道比传统的平板膜增加了湍流，并且具有更大的活性膜表面积。纹理膜的使用能够降低整个膜堆的内部电阻，提高极限电流密度。流动参数和压力分布等参数是根据膜纹理的形状来决定的，这种表面改性技术已经成功的应用与许多方法中，如等离子体、热压、光电印刷等。
但目前大多数的表面纹理离子膜集中于阳离子或者nafion结构的离子膜，另外在它们的制备过程中，需要在模具上刻蚀出所需要的图案，再浇筑聚合物，这个过程费时还贵，不利于对图案进行快速的优化。
研究人员利用光引发的自由基聚合，先制备出光固化混合物，再用3D打印技术对其进行表面纹理，最后季胺化形成阴离子交换膜。先按照比例混合VBC（4-氯甲基苯乙烯）、DUDA\PEGDA、交联剂，再将两种交联剂加入到混合物中。
他们使用的3D打印如图所示，数字投影仪、会聚透镜、前置表面镜、玻璃基底。镜子用支架固定以便精确定位，会聚透镜为了最佳的焦点长度尽可能离数字投影仪近，数字投影仪连接电脑。用注射器再玻璃皿上注射一定量厚度的光固化混合物，用数字投影仪照射10分钟。为了在膜表面形成纹理，在电脑上用PPT软件写出黑白图案，通过投影仪在另外一层的光固化混合物上照射。随后浸入TMA/MeOH溶液进行季胺化。
结果显示IEC随着含水率增加而增加；选择透过性随着含水率的增加而降低，有纹理的膜电阻比同样体积材料制成的平板膜要低。
这种离子交换膜的表面纹理制备方法希望能为您提供思路。
（《3D Printing of Micro-patterned Anion Exchange Membranes》这篇文献是2016年5月发表的）
|