【摘 要】
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在实际应用中,通过膜来运输和分离多相混合物中的气体具有重要的意义,如气体参与的化学反应、燃料电池、多相的微反应器等。智能门控膜是膜科学技术中最重要、最有发展前景的领域之一。其中,液体门控膜已经实现了在微米尺度膜上用简单方式对气体的传输控制,这在有气体存在的多相传输中具有重大突破,但是在同一张膜上的两个方向上实现不同的气体流动能力仍是难题。尽管具有单向传输性质的Janus膜可以实现对气泡流动方向的控
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在实际应用中,通过膜来运输和分离多相混合物中的气体具有重要的意义,如气体参与的化学反应、燃料电池、多相的微反应器等。智能门控膜是膜科学技术中最重要、最有发展前景的领域之一。其中,液体门控膜已经实现了在微米尺度膜上用简单方式对气体的传输控制,这在有气体存在的多相传输中具有重大突破,但是在同一张膜上的两个方向上实现不同的气体流动能力仍是难题。尽管具有单向传输性质的Janus膜可以实现对气泡流动方向的控制,但是现有的工作必须在水环境中进行,运输量也很少,对气体的控制能力有限。本论文研究了一种利用独特的可逆非对称变形机制控制气体在不同方向流动能力的液体门控非对称变形膜。膜的不对称变形将引起膜对输运气体的临界压强的变化,从而获得对气体流动能力的控制。基于这一机理,液体门控非对称变形膜可以通过不同方式地简单折叠,设计出对输运气体有可调临界压强的定向气阀。此外,液体门控非对称变形膜可以实现气-液的单向分离并且具有良好的抗污染性能,这为进一步的多相分离应用奠定了基础。本论文的主要内容如下:（1）通过简单的连续静电纺丝法制备出由聚偏氟乙烯（PVDF）层和聚偏氟乙烯/聚丙烯腈（PAN）层组成的非对称变形膜,再经过复合功能液体实现了液体门控非对称变形膜的制备,通过理论和实验证明了这种膜的稳定性。（2）在相同的压力作用下,弹性模量较小的PVDF/PAN层变形明显,而弹性模量较大的PVDF层几乎保持不变。PVDF/PAN层的压缩形变,降低了平均孔径,从而增大了气体从先接触液体门控非对称变形膜的PVDF/PAN层这个方向通过的压力,使液体门控非对称变形膜在两个方向上对输运气体有不同的临界压强。此外,通过对膜进行不同方式的折叠,气体的临界压强会不同,这对设计有不同阈值的气体定向气阀有重要意义。（3）在自主设计的分离装置中,利用具有良好抗污染性能的液体门控非对称变形膜,实现了恒压下的气-液的单向分离。为多相流控制的应用提供了一个新的平台。
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