共轭聚合物电沉积法制备及性能研究

【摘要】本研究通过电化学沉积法制备聚合物(如聚苯胺PAni、聚吡咯PPy、全氟辛基磺酸掺杂聚吡咯PFOS-PPy)的颗粒作为粗糙表面,并采用气相化学沉积法(CVD)在聚合物(PAni、PPy)表面沉积低表面能物质,对PAni、PPy颗粒表面改性,制备疏水性PAni膜和PPy膜。以苯胺、吡咯分别作为单体,在316-不锈钢网和泡沫镍基底上采用电化学沉积法分别对应地合成PAni、PPy的颗粒作为粗糙表面,并利用低表面能物质聚二甲基硅氧烷(PDMS)和氟硅烷(FAS)分别对PAni膜和PPy膜表面改性,制备出具有优异的疏水性的PAni(?)莫和PPy膜。同样地,以吡咯作为单体,PFOS作为掺杂剂,采用电化学沉积法在316-不锈钢网基底上制备具有疏水性和亲水性之间可转换性的PFOS-PPy膜。采用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、光电子能谱(XPS)和接触角(CA)等检测手段对其表面微观形貌、化学结构、元素组分和静态接触角进行表征。从SEM表征可知,PAni呈纳米颗粒形貌,粒径均一,平均粒径为10nm,颗粒堆砌成多孔结构,微孔平均孔径为1μm。PPy呈颗粒状,平均粒径为10μm。氧化态的PFOS-PPy呈微米颗粒状,粒径均一,平均粒径为1μm,表现出多孔结构,孔径为3-10μm。FT-IR表征可知PDMS改性的PAni和FAS改性的PPy的化学结构中都有Si-O键,且PAni和PPy的本征化学结构不发生改变,说明低表面能物质成功地改性了聚合物的表面,XPS表征也验证了这一点。CA表征显示PDMS改性的PAni膜具有疏水性,与水的接触角为1480,FAS修饰的PPy膜也具有强疏水性,与水的接触角为155°。同样地,氧化态PFOS-PPy膜也表现出强疏水性,与水的接触角为140.8°,然而还原态PFOS-PPy膜却具有超亲水性,与水的接触角为0°。通过吸附性能、分离性能和重复使用性能等实验结果显示,在负压条件下PDMS改性的PAni膜可以达到有机溶剂(或油)和水的连续性的主动分离,分离效率为80%-95%,并且多次使用后其疏水性也不会发生较大改变,与水的接触角稳定在144.8°,具有优异的重复使用性。以商业性泡沫镍作为基底,在重力的驱使作用下FAS改性的PPy膜也可以连续性地分离水中有机溶剂(或油),吸附分离量为0.68g/cm-3-1.48g/cm-3,并且多次使用后FAS改性的PPy膜与水的接触角稳定在145°,具有很好的循环重复使用性能。以316-不锈钢网作为基底,在低表面能物质PFOS的掺杂下,氧化态的PFOS-PPy膜具有优异的疏水性,可以实现有机溶剂(或油)与水的分离,同时在反应电压的调节下,能够实现疏水性和亲水性之间的转换。
【作者】安进；
【导师】崔锦峰；李安；
【作者基本信息】兰州理工大学，化学工艺，2014，硕士
【关键词】电化学沉积；共轭聚合物；低表面能；疏水性；分离膜；

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