文摘

的方法修改PAN膜已经知道并使用了许多年。一个有趣的解决方案似乎是给这种类型的膜的感官性状。本文研究的方法获得的结果锅/聚苯胺膜在DMF使用阶段反演方法从一个解决方案,后两种方法:()溶解聚合物(PAN和PANI)然后凝结的水或在水溶液中CSA和()形成的膜在水中聚丙烯腈溶液和凝固,紧随其后的是涂料的CSA TFE的解决方案。由于实验获得的膜进行了理化性质检测,交通特性,表面形态,复合组件的分散度,对稀酸和碱的存在。红外光谱显微镜和扫描电子显微镜研究表面形态。膜的感官性质,本质上是颜色的确定通过肉眼观察和紫外可见分光光度法。此外,在选择膜形成的方法,我们可以获得膜具有良好的物理和化学和传输属性或特征的高灵敏度溶液的pH值。

1。介绍

聚丙烯腈(PAN)在1920年首次合成了赫伯特·雷纳。1942年,杜邦公司获得了纤维(奥纶)从聚合物溶液纺丝N, N-dimethylacetamide [1]。聚丙烯腈纤维中排名第三的生产合成纤维(2]。高纤维的兴趣是由于其性能特性,如高导热、耐紫外线、高机械强度、抗化学腐蚀(2]。

潘是一个便宜的和受欢迎的工程聚合物,除了经典的纺织工业广泛应用于军队专用服装(3),医疗和抗菌服装(4),超疏水表面加工(5),作为一个组件的各种类型的复合材料6),而且在电气设备(7),光电子,光子设备(8),和能源存储系统(9]。聚丙烯腈有很强的静电特性,促进微生物的吸引力和尘埃颗粒(10),因此它被用于高性能除尘过滤器和有毒物质的处理(11]。此外,聚合物发现广泛应用于各种类型的生物传感器(12]。

锅是溶于多种溶剂和它可以形成的解决方案。这些溶剂DMF, DMSO、DMA、氯乙腈,dioxanone,亚磷酸二甲酯、二甲基砜,γ丁内酯、碳酸亚乙酯、硝酸和硫酸(1]。膜从锅里获得具有较高的机械强度,因此它们用于压力膜过程:超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)和渗透汽化(PV)13- - - - - -16]。因素中影响膜的形态在逆相形成,因此其属性,其中,聚合物浓度、溶剂的类型和使用的混凝剂和溶剂蒸发的时间肯定可以区分(15,17,18]。除了这些因素外,使用各种类型的有机或无机添加剂也显著影响了膜的性质(19]。为了增加亲水属性和减少污染,可以化学改性聚丙烯腈相对容易,例如,通过一级胺、氢氧化钠处理,或由物理使用等离子体表面处理(13,20.]。一个有趣的解决方案似乎是丰富与导电聚合物聚丙烯腈的撤离费用累积膜和减少污染。

导电聚合物,包括聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺,polythiophene,很受欢迎,因为有趣的物理特性,使他们适用于发光二极管、场效应晶体管、太阳能电池(21,22)、传感器(23),废水处理(24,25,离子的分离26,27),等等。波兰第一导电聚合物聚苯胺(PANI)获得的1974 - 1975 j·兰格。它的特点是容易和廉价的制备方法28)和良好的电气性能和热化学稳定性,因此它是用于电池、电容器、防腐和防静电涂料(29日- - - - - -31日]。聚苯胺有能力改变导电率和颜色的影响下,各种各样的化学制剂。这个特性使得它非常适合生产的探测器、传感器、和生物传感器可以检测,其中,还原糖,脲酶、氨、和许多其他化合物(31日- - - - - -34]。在光学传感器的情况下,聚苯胺,质子化作用/去质子化的聚苯胺的可逆反应,所得据图1是特别重要的。

从一种导电聚苯胺(EM)其绝缘的形式(EB)与UV-Vis-NIR频谱的变化(35]。绿色鲜绿的盐显示特征吸收峰在800和430海里,deprotonated形式的结果在一个蓝色的鲜绿的基地的吸收峰可以看到在630和330海里36]。

文献表明各种技术制备的聚丙烯腈膜的聚苯胺。苗族et al。37)描述技术,潘纳米纤维通过电纺的构成的膜载体苯胺溶液添加,然后聚合。其他作品描述的技术获得的复合使质子化的聚苯胺溶解并与PAN溶液混合在二甲基亚砜(DMSO),与一个电影和干倒在高温(60°C) (38),和其他作者使用这个解决方案生产膜的电纺的(39]。翟et al。40)使用阶段反演方法得到的复合膜铸造锅+苯胺/ DMSO聚合物薄膜,然后聚合的聚苯胺膜和凝固。在其他作品中,齐次解盘+苯胺加入混凝剂含有氧化剂的混合物的聚合聚苯胺和凝固的纤维同时发生(41]。还是其他作者描述法,逆相法是用来沉淀膜盘铂电极,在聚苯胺电化学聚合(42,43]。Bayramoglu et al。44),另一方面,描述了技术准备聚丙烯腈膜的沉浸在聚苯胺聚合的解决方案。

介绍了物理和化学测试的结果,运输,和感官特性和聚丙烯腈膜的表面形态的丰富与聚苯胺。相转化膜得到的两种不同的方式。第一个是溶剂的使用常见的两种聚合物,N, N-dimethylformamide (DMF),用来准备一个解决方案,然后凝固的水或水溶液中camphorsulfonic酸(CSA)。第二个是制造的膜盘的解决方案在DMF,其次是凝结在蒸馏水、干燥、和质子化了的聚苯胺涂层解决方案2,2,2-trifluoroethanol (TFE) [45]。

2。实验

2.1。材料

PAN-statistical三元共聚物(93 ~ 94 wt。%丙烯腈,5 ~ 6 wt。%甲基丙烯酸酯,大约。1 wt。% allylsulfonate钠)是由Zoltek。聚苯胺(Mw = 50000), camphorsulfonic酸(CSA),和2,2,2-trichloroethanol (TFE)从Sigma-Aldrich购买。N, N-dimethylformamide (DMF)购买从波兰S.A. Avantor性能的材料

2.2。膜形成

2.2.1。PAN膜的形成

聚丙烯腈膜使用阶段反演方法得到。首先,我们准备12 wt。%聚合物溶液在N, N-dimethylformamide在室温(DMF)。锅的解决方案就倒在玻璃板和扩散器间隙宽度为0.1毫米。后立即形成影片的凝固在蒸馏水在室温到膜的玻璃。膜沉淀膜(“0”)是在负载下干空气(两张滤纸之间装有玻璃板)。

2.2.2。形成复合锅/ PANI膜

准备聚丙烯腈(PAN)膜含有聚苯胺(PANI),两种制备方法。第一个方法是制备的解决方案包含聚合物(PAN / PANI),然后是膜被逆相wet-formed。第二种方法是湿法膜的聚丙烯腈在TFE然后用溶液聚苯胺涂层。

方法1。1 wt。聚苯胺在DMF %的解决方案准备。然后聚丙烯腈等金额已添加到聚合物的浓度是12 wt. %。最终的解决方案是使用阶段反演方法用来形成膜。为此,聚合物溶液倒在玻璃板上,使用涂布槽宽度为0.1毫米聚合物膜形成。然后立即被凝固在三个不同的浴室在室温到膜的玻璃掉了下来。凝固浴是(a)水(膜);0.1 (b)水,其次是解决camphorsulfonic酸30年代(b膜);和(c) 0.1解决方案camphorsulfonic酸(c膜)。 The resulting membranes were dried under a load in air (between two sheets of a filter paper loaded with a glass plate).

方法2。12 wt。%锅在DMF溶液倒在玻璃板被夷为平地,并使用铸刀的间隙宽度0.1毫米聚合物薄膜成型。膜被立即凝固在水里,然后在负载下干空气(两张滤纸之间装有一个玻璃板)。然后0.36 wt。%的解聚苯胺(PANI) 2, 2, 2-trichloroethanol (2.2 g的CSA添加每2 g (PANI)准备,在纯聚丙烯腈膜的沉浸,然后在空气中干燥(D膜)。

2.3。一般的描述

厚度(测定了膜的ELMETRON MG-1测厚仪。和样品尺寸厘米重使用缝匠肌CP224S-0CE分析天平的精度0.0001 g。

单位面积上的质量()的膜(g / cm²)和密度()的膜(g / cm³使用以下公式计算: 在哪里的重量是一个膜面积1厘米吗²,膜表面面积(厘米²),而是膜厚度(厘米)。

静态接触角测量使用测角仪(纤维系统AB PG-1);因此,测试是在皮肤上(上)的膜层。

膜的孔隙率(),这是定义为膜的孔隙体积与体积的比率,是使用以下公式计算46]: 在哪里是湿的样品重量(g);干燥样品重量(g);蒸馏水密度(0.998克/厘米吗³);是聚合物密度(1.17克/厘米³;从Zoltek公司)获得的属性。

2.4。传输特性

交通得到膜的性能进行了测试使用微孔Amicon 8400超滤单元容量为350厘米³和膜的直径7.6厘米。膜被用于2个小时在0.2 MPa的压力。根据我们的经验,它有积极的影响膜的稳定性。然后他们进行测试操作压力为0.05,0.1,0.15,和0.2 MPa。渗透通量(),使用下面的公式计算: 在哪里是水通量水渗透的体积吗是有效膜面积(m²),渗透时间(h)。

孔隙大小()确定使用Guerout-Elford-Ferry方程(见(4)的基础上使用的纯水通量和孔隙度数据(47]: 在哪里是水粘度(Pa·s),膜厚度(m),渗透纯水的体积单位时间(m³/秒),是有效膜面积(m²),操作压力。

映射的表面膜使用“连续”的那些时光6700红外光谱分光光度计场发射显微镜加上Nicolet决议的μm和线性step-scan 50μm。

皮肤层的表面形态和支持层以及膜部分使用扫描电子显微镜检查(JEOL地产5500 lv)。

2.5。测试锅/ PANI膜灵敏度溶液的pH值

聚苯胺作为导电聚合物的使用是出于简单的可能性的视觉观察颜色的变化使质子化的聚合物,导电形式(绿色)和nonprotonated,绝缘的形式(蓝色)。

为了验证膜来获得外部环境的敏感性,10稀释的盐酸和NH做好准备₄哦,解决方案在浓度从0.1米到0.00001米。然后,对于每种类型的膜,样品的尺寸厘米被切断。每个样本都沉浸在10年代每个盐酸和NH的解决方案₄哦,浓度,然后风干。使用紫外可见吸收光谱测量结果事实λ35分光光度计的范围190 ~ 1100 nm和240 nm /分钟的扫描速度。

3所示。研究结果及其分析

3.1。膜的特点

聚丙烯腈是一种聚合物,是众所周知的,在文献中描述和广泛应用在纯形式和添加剂。特别有趣的属性获得的聚合物的引入聚苯胺复合组件。在大量的混合这两种聚合物的方法,最有趣的似乎是一种溶剂的使用常见的聚丙烯腈和聚苯胺。这种溶剂显然是N, N-dimethylformamide,形成均匀的解决方案与锅和聚苯胺。研究的范围描述纸锅/ PANI膜产生的逆相通过非溶剂中的聚合物凝固(湿法)。这篇文章展示了如何的方法引入聚苯胺膜和凝固浴的类型影响产生的膜的结构和物理化学性质。以下进行测量和计算:厚度、单位面积上的质量、密度、接触角、吸附、孔隙度、孔隙大小、渗透通量,在膜组件表面的分散,对酸度的变化的敏感性(pH)水溶液的表面和横截面形态。由此产生的膜是灵活的,就像在翟et al。40),因此很容易与他们合作。

单位面积上的质量(图的研究3(一个))表明,D膜的质量与纯PAN膜的质量,甚至略高。D膜质量的增加是由于聚苯胺薄膜上形成的表面膜。另一方面,准备从齐次解盘膜/聚苯胺聚合物质量略低,这可能是由于聚苯胺的添加剂,具有对在凝固过程的影响。也轻微下降,膜的单位面积上的质量包含camphorsulfonic酸凝固在一个解决方案。CSA,添加到使质子化的聚苯胺,形成水溶性胺盐可以减少膜的质量。在凝固过程中(膜的A、B和C),我们观察到的颜色来自聚苯胺的蒸馏水。

分析的结果得到的膜的厚度测量(图3 (b)),它是观察到D膜大约是13%比“0”厚膜应用一层薄薄的PANI的结果。从均质锅/ PANI膜形成解决方案和凝固在水中(膜),厚度的增加与纯聚丙烯腈膜相比几乎翻倍。如此大的增加膜的厚度可能表明疏水聚苯胺肯定会影响薄膜的过程发生在凝固,导致高度多孔结构的形成。应用CSA溶液的凝固C膜导致膜的厚度减少了约35%相比,纯PAN膜。根据观察到的变化,它可能会得出结论,PAN /聚苯胺膜的凝固形成的酸溶液导致水溶性聚苯胺盐。(图C膜颜色的图像2操作后),在水环境中,并没有改变,仍然是绿色,这证实了假设使质子化的聚苯胺不存在形式的毛孔膜;也就是说,它可能是在凝固过程中删除。冯et al。48)解释的影响聚合物的疏水性或亲水性膜使用逆相凝固。他们的研究表明,疏水(PPSU polyphenylsulfone)聚合物凝固速度更快。

B膜的制备方法,包括凝固在包含CSA的水,然后洗个澡,结果在减少B膜厚度与薄膜。相信在凝固CSA解聚苯胺膜表面和毛孔质子化了的。然后,聚苯胺,弱绑定到聚合物基质中,在可溶性形式转移到水和膜的厚度减少。使质子化的聚苯胺由图像(图确认1)的膜,测试传输特性,蒸馏水的影响下改变颜色从绿色变成蓝色。

计算了膜的密度(图3 (c))表明,C膜的特点是密度最大,这表明其密实度高、低孔隙度。“0”的密度和D膜是相似的,与他们的单位面积上的质量和厚度。最低的密度,因此,孔隙度最高的被发现在一个膜。在B膜的情况下,密度略高观察膜相比,,然而,并没有改变这一事实也是高度多孔。

通过研究吸附性能的膜(图获得的3 (d)),它必须指出,这些非常高值的范围在200 ~ 500%。最低的水吸附(%)特点是C的一个膜,根据先前的研究是最薄的和最紧凑的结构。同样,D膜较低的水吸附值(非常相似比纯PAN膜(%)%)。D膜,厚度和密度特征类似于膜,吸收比“0”更少的水膜。这个结果可能是由于聚苯胺涂层膜的接触水形成亲水膜保护细胞膜免受水。然而,超过220%的吸附是一个高价值的,这可能是由于缺乏连续性的外层膜。膜显示最好的水吸附%,这是一个大的结果膜的厚度和低密度。稍微降低B膜的吸附值显示。分析结果,应该注意的是,除了CSA的凝固浴膜(B和C),旨在使质子化的聚苯胺膜不改善但吸附性能恶化,这可能与所用酸的化学结构及其对膜表面的安排。也很有可能获得的膜涂层方法(D膜)的行为是一样的。

吸附性能密切相关的亲水特性可以通过接触角测试。朋友等。49]报告修改的聚丙烯腈膜的静态接触角为82.6°。另一方面,研究小组的Tran et al。13)报道,锅的接触角减小等离子治疗期间约。大约60°。20°。检查皮肤获得的膜层,这是观察到它们显示强亲水属性作为他们的接触角在11 ~ 19°(图的范围4)。只有细微差别的接触角值观察。“0”膜的接触角为13.33°是参考别人。接触角的值为A和B膜膜相似但略低于参考。观察到的现象可能是由于nonprotonated PANI的存在(膜)和B膜CSA的存在的粒子,而略hydrophobized膜表面。

C和D膜的接触角值最高指出,这可能与质子化了的形式如果聚苯胺是出席了膜表面。获得的结果表明,所有的膜亲水,所以他们不会受到污染,和制备技术提出了极大地简化和缩短其生产的过程。

膜孔隙度计算结果显示(表1和图3 (e)),膜的特点是孔隙度最高,这是证实了吸附和接触角测试的结果。类似于膜B膜采用值。纯聚丙烯腈膜的特点是孔隙度为80.44 ~ 1.16%。然而,根据先前的研究,由此产生的后果,最低的孔隙度值(%)是C膜具有最低的密度特征和吸附特性。约的膜涂层显示获得的孔隙度值。72%,这与吸附性能是一致的。

3.2。交通属性和孔隙大小

传输特性的一个重要参数确定膜的渗透通量。研究(图5)表明,C膜具有最好的传输特性在0.05 ~ 0.2 MPa的压力范围,这可能由于其低厚度相比其他膜。横截面的扫描电镜图像(图6)证实的假设,和C膜上显示他们不同于他人,特点是毛孔垂直于其表面。在B膜的情况下,减少交通特征相比,C膜是观察。文献报道表明,良好的传输性能密切相关的高亲水性膜(50),也是在我们的例子中实现。

“0”和类似的膜具有特定的渗透通量所有测试操作压力值;然而,他们不相关的厚度和密度。交通特性研究的结果的确认是扫描电子显微镜图像的相似性的结构支持可以看到。从我们的经验,我们知道,大房间的安排支持观察横截面恶化交通得到膜的属性。

最低的具体渗透通量,因此最糟糕的交通属性值D膜中观察到,这可能是由于膜结构紧凑和高密度,低水吸附、横截面形态一样的“0”和膜(图6)。也应该具体渗透通量较低价值的结果表面疏水化的D膜,观察图2改变膜的颜色为深蓝色的金属光泽。

研究了膜和工作压力为0.1 MPa,孔隙大小估计(公式(3),表2)等变量影响孔隙度、厚度、或特定的渗透通量。计算表明,纯PAN膜是由最小的毛孔,也就是说,大小7.57海里。剩下的膜的孔隙大小约为28 ~ 40 nm。计算允许结束聚苯胺膜本身引入的以及其表面显著影响膜的形态结构。锅/ PANI膜从一个统一的解决方案获得的聚合物有类似的孔隙大小(大约39海里)如果他们是凝固在CSA的解决方案(B和C)膜,当凝固在水中(膜)孔隙大小约。33海里。结果获得了D膜(~ 28 nm),另一方面,表明涂层的过程使质子化的聚丙烯腈膜聚苯胺溶液有显著影响估计孔隙大小。

表面膜的横截面检验使用扫描电子显微镜(图6)允许我们观察形成条件的影响外部和内部结构,膜的厚度和孔隙度。SEM照片表明,非对称膜形成过程中产生。皮肤层的所有研究膜紧凑,没有明显的毛孔,厚度约1μm。

支持纯PAN膜表面的膜(“0”)大,无数多孔开口,在D膜显然是“密封”聚苯胺薄膜。膜,波浪表面甚至低倍镜下可见的支持。

另一方面,“0”的横截面,A, D膜显示出相似的皮肤层的厚度(~ 1μ米)在支持组成的结构,在两种情况下,大型的多孔斜斜。“0”和D膜厚度很相似,和膜厚很多,与厚度测量(表一致1)。B膜类似纯聚丙烯腈膜的厚度。B膜的横截面扫描电镜图片显示椭圆室区域的支持,这区分从其他膜。

一个完全不同的图片中观察到C膜的横截面,有厚的载体层(~ 1.5μm)与不对称的毛孔,垂直于表面,通常发表在文献[13,51]。

3.3。聚苯胺的分散度聚丙烯腈矩阵

膜进行测试来确定聚苯胺和聚丙烯腈的分散度产生的复合。要做到这一点,使用红外光谱与表面映射。基于分布特点的单个组件的混合物在膜表面,我们可以指定在总量(图7)。

因为每个膜的使用另一种方法是,PANI分散程度的比较(有时发生在质子化了的,有时在nonprotonated形式)在锅里矩阵是很困难的。在图7,2240厘米的强度⁻¹乐队- cn组出现在聚丙烯腈的特点,进行了分析。观察研究的最高吸收波长膜,这表明锅在皮肤层(A - 1)和膜的载体层(A)获得的凝固在水里。最低的吸收,另一方面,认为,观察了聚苯胺涂层的表面膜(D膜)。B和C膜的吸收光谱是截然不同的,尽管他们应该表现出很多相似之处,作为他们的最后一步成形是camphorsulfonic酸的水溶液接触。对于C膜,PAN-derived吸收带消失,这可能表明安排使质子化的聚苯胺膜的表面。然而,在B膜的情况下,在2240厘米高强度⁻¹乐队是观察到,这可能表明用于使质子化的CSA PANI膜渗透毛孔,锅表面存在。

对于膜(图7、11和22)和B膜(图7B-11 B-22)强烈的803厘米⁻¹聚苯胺的乐队是在皮肤层,和在载体层PANI乐队不太强烈,尽管仍然存在。因此,混合解决方案中的两个聚合物及其随后的凝固在水中会导致形成的膜nonprotonated聚苯胺存在于皮肤层。CSA的使用一个额外的清洗已经生产的膜,另一方面,会导致聚苯胺质子化作用和消失的803厘米⁻¹乐队在膜表面。

获得锅/ PANI膜CSA的使用解决方案作为混凝剂(C-11和C-22膜)导致的形成的表面特征的消失nonprotonated聚苯胺带波长为803厘米⁻¹是观察到的。这种效果是由于聚苯胺的冲刷,在camphorsulfonic酸的存在变成水溶性盐。另一种解释观察到的现象可以“覆盖”CSA的膜表面。D膜,涂有聚苯胺+ CSA的解决方案,不显示nonprotonated聚苯胺的存在,假设。

表面映射方法(红外光谱)显示,在膜的形成均质锅/聚苯胺溶液使用湿相转化方法导致色散特性的复合膜组件。

3.4。对pH值的变化敏感性的锅/ PANI膜

聚苯胺由于其电子结构,有趣的光学特性。由于电子结构的变化,化合物改变其光学性质在可见光范围内。这主要是通过改变聚苯胺溶液的颜色或电影从深蓝色到绿色。这种变化是由聚合物链的氧化程度的变化的影响下酸性或碱性化合物。改变聚合物链的氧化程度的原因不仅改变了颜色,MacDiarmid证明和爱普斯坦52)它还聚苯胺高分子链的构象变化。链构象变化的现象更直接(线性)是由氧化引起的一个代理,一个添加剂通常提供质子酸(质子化作用现象)。这种安排聚合物的空间促进电子的激发及其沿聚合物链运动。这种效应会导致快速提高聚苯胺的电导率。在很多方面可以观察到这种现象。其中一个是电导率的测量解决方案或含有聚苯胺的电影。然而,在聚合物共混复合材料或,测量受到低聚苯胺含量,导致不超过所谓的渗滤阈值。然后,连续导电相路径并不形成的复合结构。这种效应可能会观察到在研究复合膜。

在调查锅/聚苯胺膜的情况下,可以用肉眼观察颜色的变化。图8介绍了膜的稀溶液处理盐酸和北半球₄哦,在浓度的0.001,0.005,0.0001,0.0005,和0.00001 M,分别。这些研究也为更高的浓度。由nonprotonated聚苯胺薄膜,改变其颜色在盐酸浓度比率为0.1 ppm(0.0001米),但没有颜色变化是在碱性环境中观察到。蓝绿色B膜的颜色变化的影响下盐酸和北半球₄哦,浓度为0.01 ppm(0.00001米)。和锅/ PANI膜凝固在CSA的解决方案(C膜)和PAN膜涂上质子化了的PANI膜(D)改变其颜色为蓝色NH 0.01 ppm(0.00001米)₄哦的解决方案。研究表明,聚丙烯腈的细胞膜含有使质子化的聚苯胺对氨水的解决方案非常敏感和NH的浓度为0.01 ppm₄哦,他们的颜色是观察到的变化。B膜被发现高度敏感和普遍,适用于酸性和碱性环境。相比之下,一个膜可用于检测酸浓度大于0.1 ppm解决方案。所有的测试膜10秒内改变自己的颜色。然而,在工作黄平君et al。53),调查敏感膜的不到1 ppm的气态氨,大约的检测时间。1分钟。

如前所述,酸或碱不仅改变聚苯胺的电特性,也改变其颜色。感官验证的颜色是最简单的方法来检查是否在碱性或酸性聚合物形式,尽管它的简单性是很难衡量。似乎最合适的测量确定颜色变化测量的电子光谱测试膜在可见光范围内。在聚苯胺的情况下,大量的可能的电子兴奋高,吸附范围的辐射是转向较低的能量波,对近红外。因此,在这项研究中,我们使用分光光度计测量范围的190 nm - 1100 nm。

Nonprotonated形式的聚苯胺有两个特征峰的电子光谱图像,在大约330海里和。630海里。他们负责通过电子醌聚苯胺的系统。的影响下使质子化剂(如酸),这些乐队转向较低的激发能,对近红外。对于好的使质子化介质,聚苯胺的可见光谱显示了两个山峰,也就是说,在约。440海里,大约。850海里。由于改善聚苯胺的构象形成更线性,第二个峰(850海里)延伸至近红外波长范围,常常达到其最大波长为2700 nm。这张照片的光谱表明一个非常好的链构象和低激发能的价电子,沿着聚合物链导致高移位。这种现象的宏观效果,除了颜色的变化,是一个非常高的聚合物的导电率的增加。 The effect of such favorable change in the electronic structure of polyaniline is obtained by using the appropriate protonating acids. The best additives are acids of the sulfonic acid groups, including the best one, used by the authors: the camphorsulfonic acid (CSA) [52]。

光谱紫外可见研究对所有的样品进行膜使用本文描述的方法(图做好了准备9)。

膜,聚苯胺的基本形式(nonprotonated,蓝色);因此其对无机酸(盐酸)进行了测试。不同浓度和用于所有测试样品光谱获得了紫外可见分光光度计。所有浓度的酸(盐酸),随着视觉观察颜色变化,观察电子光谱的截然不同的画面。结果表明,使用解决方案包含非常稀盐酸(即。,at a concentration of 0.001 M) changes the polyaniline form from alkaline (blue) into acidic (green), as seen in the Vis-NIR spectra. Increasing the concentration of acid does not cause further specific changes in the observed spectrum. The studies have indicated very high sensitivity of the tested A membrane to acid content in the filtered solution. In addition, the increase in the specific surface of the membranes, as demonstrated in other studies, causes a significant increase in their sensitivity to acids.

在形成的过程中PAN / PANI膜,DMF作为常用溶剂对聚合物。溶剂溶解只有nonprotonated(蓝色,绝缘的)形式的聚苯胺。提出了三种不同的方式聚苯胺的质子化作用为了传授的感官性状检测膜的基本成分。第一种方法是基于凝固膜的水,然后洗酸溶液,CSA (B膜);第二个是基于凝固膜的酸溶液,CSA (C膜)。在第三种方法中,应用程序的干锅与之前使质子化的聚苯胺膜的解决方案是使用膜(D)。因此准备膜(B, C和D),包括聚苯胺在酸性(导电)形式,受到(NH基本解决方案₄在不同浓度哦)。

在所有情况下,电子光谱的变化图像可见已经在使用最低浓度的氨(即。,0.001)。然而,获得的光谱不明确。聚苯胺性能变化的最佳效果从酸性到涂有聚苯胺膜解决方案获得了碱性(D膜)。在这种情况下,质子化作用的反应,同时颜色变化的影响下发生的最低氨浓度。观察到的变化表明高的导电聚合物膜表面,导致其容易质子化作用和去质子化。

类似的结果获得了B膜,凝固在水中,然后冲洗CSA。在其形成的过程中,在场的聚苯胺膜表面与酸反应(CSA),转换成导电形式(绿色)。因此,由于甚至少量的去质子化剂、良好的渗透膜的表面和聚苯胺发生去质子化。分析B膜的电子光谱,低强度乐队转移到近红外观察。因此,可以得出结论,在洗膜与酸(CSA),它渗透到聚苯胺高分子的结构矩阵和酸困在聚合物块底部(氨)。

对于C膜,聚苯胺发生去质子化反应不完全。膜处理氨的紫外可见光谱,我们可以看到,使质子化的聚苯胺仍然是主要的形式。这可能是由于这一事实,在膜的形成,与酸凝固阶段(CSA),聚苯胺是使质子化的一部分,被阻挡在聚丙烯腈矩阵。这部分是由使用红外光谱研究。PANI阻塞以这种方式没有直接接触deprotonating代理,氨,仍然在掺杂形式。这种现象证实了膜的光谱更高浓度的氨。特征乐队转移到近红外的存在表明使质子化的聚苯胺膜的形式。

4所示。结论

介绍了研究的方法获得复合聚丙烯腈膜掺杂聚苯胺使用阶段反演方法。溶剂提出了准备的解决方案是N, N-dimethylformamide,常见的聚合物。使用,使质子化PANI camphorsulfonic酸。膜是由两种方法。第一个方法是溶解聚合物(PAN和PANI)然后凝结在水或水溶液中camphorsulfonic酸(CSA)。第二种方法是在形成聚丙烯腈溶液的膜在水中和凝固,其次是CSA-protonated聚苯胺涂料解决方案2,2,2-trifluoroethanol (TFE)。由于实验获得的膜进行了理化性质检测,交通属性(超滤单元),表面形态(SEM),分散度的复合组件(红外光谱显微镜),和敏感的稀酸和碱(紫外可见分光光度法)。

使用齐次锅/ PANI的解决方案允许简单的复合膜和单步形成的湿阶段反演方法。聚丙烯腈掺杂聚苯胺具有重要影响的过程中形成的膜,因此理化和传输特性。

添加nonprotonated聚苯胺膜盘(膜)增加单位面积上的质量,厚度、密度、孔隙度、和水吸附。然而,没有显著影响运输产生的膜的性质,所确认的扫描电镜图像。膜的存在敏感稀无机酸(盐酸)已经在浓度为0.1 ppm,尽管酸并不是一个好使质子化剂。

使质子化锅/ PANI膜形成的最后阶段用CSA (B膜)会导致减少厚度、孔隙度、密度和水吸附,同时增加和改善运输这些膜的性质。B膜,与剩下的膜,可在酸性和碱性环境中交替,及其灵敏度为0.01 ppm。

另一方面,增加CSA的凝固浴(C膜)导致显著减少厚度、水吸附,膜的孔隙度。C膜的优点是低密度,这无疑影响了特定的渗透通量值高。和感官性质证明了这种膜在碱性环境下的适用性(0.01 ppm NH₄哦)。C的结构膜由扫描电子显微镜观察表明,膜的横截面是常规超滤膜的特性。

D膜,另一方面,性质类似于纯PAN膜膜(“0”)。这绝对不同的最糟糕的交通特性的膜。这些结果可能是由于表面疏水化的蒸馏水流期间,肉眼观察到的颜色变成深蓝色。复合锅/ PANI膜涂料生产的特点是最高含量的聚苯胺表面的皮肤层和载体层,和紫外可见光谱显示最好的质子化作用和敏感性NH 0.01 ppm₄哦。然而,这些膜的大缺点是聚苯胺与聚丙烯腈的连接矩阵的不稳定。

进行的研究表明,在实验中获得的膜的特点是一个非常低的接触角;,他们是亲水和不带电的静电,从而减少不良的风险污染现象。此外,在选择膜形成的方法,我们可以获得非对称膜具有良好的物理和化学和传输属性或特征的高灵敏度溶液的pH值。

获得的膜可以用作传感器存在的氨或稀酸在垃圾填埋场,工业废水排放到河流中,在植物生产炸药,和在公共场所,如学校,幼儿园,医院。也可以用作服装元素的化学紧急服务。此外,他们可以作为传感器存在氨为儿童和成人在卫生材料。

附加分

我们可以强调以下几点:(我)得到了复合锅/ PANI膜在N使用阶段反演方法从一个解决方案,N-dimethylformamide (DMF),以下两种方法。(2)不同物理化学性质的膜被认为是通过改变制造技术。(3)获得膜显示最好的灵敏度为0.01 ppm HCl NH 0.01 ppm₄哦。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。