添加離子強(qiáng)度對(duì)LBL聚電解質(zhì)多層膜組裝的影響

O 趙紅艷 王彬（四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 四川成都 610000）

添加離子強(qiáng)度對(duì)LBL聚電解質(zhì)多層膜組裝的影響

O 趙紅艷 王彬
（四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 四川成都 610000）

應(yīng)用層層自組裝技術(shù)(LBL)構(gòu)筑聚電解質(zhì)多層膜的過程中，組裝溶液的離子強(qiáng)度對(duì)組裝過程有特殊影響。采用紫外分光光度計(jì)與橢偏儀同時(shí)監(jiān)測(cè)聚電解質(zhì)沉積時(shí)間，聚陽離子(PDDA)濃度，特別是添加氯化鈉(NaCl)對(duì)聚電解質(zhì)成膜的影響。聚電解質(zhì)分別沉積在石英基底和硅基底上，聚電解質(zhì)膜厚度與聚電解質(zhì)層數(shù)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系；隨著聚電解質(zhì)沉積時(shí)間的增加，聚電解質(zhì)膜厚度逐漸增加，沉積時(shí)間為10min時(shí)聚電解質(zhì)膜厚度最大；聚電解質(zhì)膜的厚度隨著PDDA濃度的增加呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)；聚電解質(zhì)溶液中加入NaCl，組裝層數(shù)不大于10層時(shí)，聚電解質(zhì)膜厚度隨著NaCl濃度的增加而呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)。

層層自組裝(LBL)；橢偏儀；離子強(qiáng)度

(3)FDAs-1型加氫脫砷劑

中國石化撫順石油化工研究院研制出與加氫精制催化劑相配套的FDAs-1型預(yù)精制脫砷催化劑。對(duì)硫化態(tài)和氧化態(tài)兩種形態(tài)脫砷劑的實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)DAs-1具有很高的脫砷活性。在工業(yè)應(yīng)用時(shí)，可直接在重整氫條件下用氧化態(tài)脫砷劑開車，反應(yīng)溫度和氫油比對(duì)FDAs-1脫砷劑的性能有明顯的影響，反應(yīng)壓力以及空速對(duì)催化劑脫砷活性的影響不大。

(4)DCT-5型加氫脫砷劑

DCT-5是以TiO2為載體，以Ni-Mo為活性組分的脫砷劑，常用于石腦油和輕柴油中砷化物的脫除。有研究表明，DCT-5脫砷劑在130-150℃、1．6MPa、油空速3-10 h-1、氫油比100-300條件下，可以將直餾汽油中的砷化物由（2．52-3．63）×10-7ng/g脫除到1．0×10-8ng/g以下。

五、結(jié)論

為保護(hù)加氫催化劑，脫除催化汽油中的砷化物十分必要。現(xiàn)有的吸附脫砷劑脫砷效率低，砷容小，使用壽命短，廢渣量大，難以處理，易造成環(huán)境污染，尤其在處理催化汽油方面更為明顯。由于催化汽油中含有大量烯烴，臨氫條件下容易發(fā)生加氫飽和反應(yīng)而造成辛烷值損失，現(xiàn)有技術(shù)中臨氫脫砷劑的應(yīng)用范圍主要局限于石腦油、輕柴油和氣態(tài)烴，目前未見有專門針對(duì)于催化汽油的臨氫脫砷劑的報(bào)道。開發(fā)砷容量大、使用壽命長(zhǎng)、廢渣易處理的高效低溫吸附脫砷劑以及工藝簡(jiǎn)單、烯烴飽和少的臨氫脫砷劑應(yīng)用于催化汽油脫砷過程具有至關(guān)重要的意義。

在設(shè)計(jì)脫砷工藝時(shí)，應(yīng)充分考慮煉廠催化汽油原料性質(zhì)及裝置設(shè)備，可單獨(dú)利用吸附脫砷或臨氫脫砷對(duì)催化劑進(jìn)行保護(hù)；針對(duì)高砷含量的催化汽油，也可以結(jié)合兩種方法共同對(duì)催化劑進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)脫砷技術(shù)的靈活選擇。

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前言

1992年Decher等人成功開創(chuàng)層層自組裝技術(shù)(LBL)。過去二十幾年中，LBL技術(shù)在構(gòu)筑納米薄膜領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，構(gòu)筑多層膜的成分也逐漸多樣化。同時(shí)，LBL在藥物包載，蛋白質(zhì)傳送，生物傳感器等方面也具有廣泛的應(yīng)用潛能。通常而言，LBL技術(shù)是一種在基底片上通過聚陽離子和聚陰離子相互交替沉積構(gòu)筑多種復(fù)合材料薄膜的方法。LBL技術(shù)以聚電解質(zhì)所帶相反電荷之間的靜電引力為驅(qū)動(dòng)力，在基底表層通過聚電解質(zhì)的交替吸附構(gòu)筑多層膜，具有操作簡(jiǎn)單，不受基底的大小和形狀等的控制，膜的表面電荷，滲透性，彈性可控，厚度在納米范圍內(nèi)可控等優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)中最經(jīng)常采用的聚陽離子之一是PDDA，而聚陰離子是PSS。通過這兩種陰陽離子之間存在靜電引力作用，應(yīng)用交替沉積的方法構(gòu)筑(PDDA|PSS)n多層膜結(jié)構(gòu)在很多研究中有過廣泛報(bào)道。在實(shí)驗(yàn)中，由酸處理過的基底(如石英片或硅片)表面帶負(fù)電，將這樣的基底片在PDDA溶液和PSS溶液中交替沉積就得到(PDDA|PSS)n。基底片上(PDDA|PSS)n結(jié)構(gòu)的組裝過程如圖1-1。

Figure1. The assembly process of PDDA and PSS

我們計(jì)劃參考文獻(xiàn)檢索的結(jié)果，以紫外分光光度計(jì)研究了聚電解質(zhì)膜的生長(zhǎng)特征，橢偏儀測(cè)定聚電解質(zhì)膜的厚度。文獻(xiàn)[11]中的研究同時(shí)應(yīng)用了橢偏與X衍射測(cè)定了聚電解質(zhì)多層膜的厚度，證明了聚電解質(zhì)膜的厚度與聚電解質(zhì)層數(shù)呈良好的線性關(guān)系。文獻(xiàn)[9]和[13]的研究也證明到了聚電解質(zhì)膜的厚度增長(zhǎng)與聚電解質(zhì)層數(shù)呈良好的線性關(guān)系。文獻(xiàn)[12]中的研究應(yīng)用橢偏測(cè)定不同pH條件下PAABP|PAH-BP多層膜的厚度，證明了pH 對(duì)PAABP|PAH-BP膜厚度有重要的影響。而在組裝液中加入離子強(qiáng)度后，由于離子強(qiáng)度對(duì)聚電解質(zhì)高分子鏈的屏蔽作用促使聚電解質(zhì)分子鏈?zhǔn)湛s，使得多層膜的增長(zhǎng)異于無外加離子強(qiáng)度時(shí)的增長(zhǎng)方式，這時(shí)候聚電解質(zhì)膜增長(zhǎng)的方式可以分為線性增長(zhǎng)和指數(shù)增長(zhǎng)兩種方式。聚電解質(zhì)膜厚度呈線性增長(zhǎng)時(shí)，增長(zhǎng)速度緩慢，每一層聚電解質(zhì)膜的厚度小且聚電解膜的表面較為粗糙。聚電解膜厚度呈指數(shù)增長(zhǎng)時(shí)，聚電解質(zhì)膜的表面較為光滑。鹽濃度對(duì)聚電解質(zhì)膜的生長(zhǎng)方式有重要的影響，NaCl濃度＜2．0M時(shí)聚電解膜厚度呈線性增長(zhǎng)，當(dāng)NaCl濃度＞2．0M增加時(shí)，聚電解質(zhì)膜厚度的增長(zhǎng)逐漸呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。但是，使用橢偏儀監(jiān)測(cè)膜厚度來研究離子強(qiáng)度對(duì)自主裝膜生長(zhǎng)的影響尚未看到。有文獻(xiàn)[17]研究了使用橢偏儀監(jiān)測(cè)弱聚電解質(zhì)在不同pH情況下的成膜現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)pH對(duì)強(qiáng)電解質(zhì)PSS沒有明顯的影響，但是對(duì)于弱電解質(zhì)PEI有重要影響。在pH6的環(huán)境中PEI的電荷密度較強(qiáng)，聚電解質(zhì)膜的厚度與聚電解質(zhì)層數(shù)呈線性關(guān)系；pH10．5的環(huán)境中PEI的電荷密度較弱，膜厚度與電解質(zhì)層數(shù)呈不規(guī)律生長(zhǎng)。在這些前期研究的基礎(chǔ)上，我們通過改變NaCl濃度對(duì)聚電解質(zhì)組裝量及膜厚產(chǎn)生影響，并著重于使用橢偏技術(shù)來監(jiān)測(cè)聚電解質(zhì)層數(shù)與膜厚度之間的關(guān)系。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.試劑與儀器

聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA,MW～3×105, Aladdin公司)；聚苯乙烯磺酸鈉(PSS,MW～7×104, Aldrich-Sigma公司)；UV-1800紫外分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)公司)；多入射角激光橢偏儀EM11(北京量拓科技有限公司)。

2.PDDA|PSS多層膜的制備

實(shí)驗(yàn)中使用的基底為石英片或硅片，先后經(jīng)過丙酮，無水乙醇，去離子水超聲10mim，放入新鮮配制的piranha溶液(V濃硫酸:V過氧化氫= 3:1)于 80℃中處理30 min，取出，去離子水清洗，氮?dú)獯蹈桑瑐溆谩⑦@樣經(jīng)過酸處理的基底片浸入2．0gL-1PDDA溶液中5min，取出，去離子水清洗3次，每次1min，氮?dú)獯蹈桑⑵獗砻鎺в姓姾桑辉賹⒒灼?．0gL-1PSS溶液5min，取出，去離子水清洗3次，每次1min，氮?dú)獯蹈桑灼獗砻鎺в胸?fù)電荷。重復(fù)上述操作構(gòu)建(PDDA|PSS)n(n為1～10)多層聚電解質(zhì)膜，在每一種聚電解質(zhì)溶液中的組裝時(shí)間為5min。

3.聚電解質(zhì)多層膜厚度的測(cè)定

硅基底片上(PDDA|PSS)n多層膜經(jīng)去離子水清洗，氮?dú)獯蹈珊笫褂眉す獠ㄩL(zhǎng)632．8nm，入射角70°的多入射角激光橢偏儀測(cè)定厚度。多層膜的折射率為1．54。實(shí)驗(yàn)中用于厚度測(cè)定的聚電解質(zhì)膜均為干膜，未經(jīng)干燥的膜的厚度會(huì)隨著多層膜上附著的水分含量的變化而發(fā)生變化。浸泡在水中的(PDDA|PSS)n多層膜厚度大約是干燥的 (PDDA|PSS)n多層膜厚度的2倍。

4.聚電解質(zhì)多層膜吸光度的測(cè)定

石英基底片上(PDDA|PSS)n多層膜經(jīng)去離子水清洗，氮?dú)獯蹈桑褂米贤夥止夤舛扔?jì)測(cè)定特征峰位置的吸光度。通過紫外分光光度計(jì)可以定量地表征聚電解質(zhì)在組裝過程中聚電解質(zhì)組裝量的變化，根據(jù)聚電解質(zhì)分子在自由狀態(tài)和組裝膜中特征吸收峰位置的變化，可以說明聚電解質(zhì)分子在組裝過程中的作用力以及作用方式的變化。

二、結(jié)果與討論

1.PSS溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

紫外可見分光光度法是廣泛使用的自組裝測(cè)試方法之一。紫外吸收光譜可以定量自組裝膜中吸光物質(zhì)的含量，進(jìn)而計(jì)算出組裝物質(zhì)的總量。PDDA無紫外吸收特征峰，PDDA與PSS的組裝過程中，以檢測(cè)PSS吸光度的變化值確定聚電解質(zhì)是否被成功組裝以及組裝量的變化情況。配制不同濃度的PSS溶液(0．037～0．11mML-1)測(cè)定其紫外吸光度，結(jié)果如圖2-1。由圖可以看出，PSS的紫外特征峰在225nm處，225nm處的吸光度與PSS溶液濃度呈良好的線性關(guān)系，吸光度與濃度之間的關(guān)系：y= 6．2378x+0．0015，R2=0．9998，可以得出PSS的摩爾吸光系數(shù)(k)為6．2378×10-3Lmol-1cm-1。由此，可以計(jì)算出組裝時(shí)間10min，聚電解質(zhì)層數(shù)為10層，NaCl為0．25M時(shí)，由PSS單體分子量206gmol-1計(jì)算出基底片上PSS的組裝量為11．64 mg。

Figure 2-1: Absorbance spectrum of PSS solution. Inset: Relationship between PSS concentration versus absorbance.

2.組裝時(shí)間對(duì)(PDDA|PSS)n組裝量的影響

聚電解在基底片表面沉積生長(zhǎng)的關(guān)鍵是基底表面的電荷的過渡補(bǔ)償，每組裝一層聚電解質(zhì)，基底表面的凈電荷就發(fā)生一次反轉(zhuǎn)，為下一步吸附帶相反電荷的聚電解質(zhì)提了供條件。文獻(xiàn)[20]中探究了聚電解質(zhì)多層膜在玻璃基底上自組裝的動(dòng)態(tài)形成過程。聚電解質(zhì)的靜電吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，達(dá)到吸附平衡需要經(jīng)過一段時(shí)間。因此，多層膜的組裝量受時(shí)間的影響。文獻(xiàn)[21]的研究中說明了聚電解質(zhì)在基底上的沉積時(shí)間是影響聚電解質(zhì)膜形貌的重要因素。為了探究沉積時(shí)間對(duì)(PDDA|PSS)n的影響，在室溫條件下，PDDA和PSS濃度均為2．0gL-1，應(yīng)用紫外和橢偏監(jiān)測(cè)了不同組裝時(shí)間(2,5,10,15min)對(duì)聚電解質(zhì)組裝量，膜厚度的影響，利用紫外儀器監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2-2，2-3。由圖2-2可以看出，不同組裝時(shí)間構(gòu)建的聚電解質(zhì)多層膜的吸光度與聚電解質(zhì)層數(shù)線性相關(guān)性良好，聚電解質(zhì)的組裝量隨著組裝層數(shù)的增加均勻增加，且實(shí)驗(yàn)三次相對(duì)平均偏差較小。由圖2-3可以看出每一層(PDDA|PSS)的組裝時(shí)間對(duì) (PDDA|PSS)10的吸光度沒有明顯的影響。因此可以認(rèn)為，在PDDA與PSS自組裝的過程中，正負(fù)電荷吸附能快速達(dá)到平衡。

Figure 2-2: Relationship between assembly layers versus absorbance.

Figure 2-3: Relationship between assembly time versus absorbance

文獻(xiàn)[9]，[11]的研究表明聚電解質(zhì)膜厚度的變化與聚電解質(zhì)的層數(shù)呈良好線性關(guān)系。橢偏監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2-4，2-5。由圖2-4可以看出，不同組裝時(shí)間構(gòu)建的聚電解質(zhì)多層膜的厚度與聚電解質(zhì)層數(shù)線性相關(guān)性良好，聚電解質(zhì)的組裝量隨著組裝層數(shù)的增加均勻增加，且三次實(shí)驗(yàn)相對(duì)平均偏差較小，與文獻(xiàn)[9] 、[11]報(bào)道膜增長(zhǎng)趨勢(shì)一致。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中，同步使用紫外和橢偏技術(shù)來監(jiān)測(cè)多層膜的組裝，發(fā)現(xiàn)這兩種即時(shí)監(jiān)測(cè)手段所獲得的結(jié)果完全吻合，因此我們后期的相關(guān)實(shí)驗(yàn)可以正常進(jìn)行。根據(jù)紫外與橢偏測(cè)得結(jié)果，在后期實(shí)驗(yàn)中聚電解質(zhì)的組裝時(shí)間確定為10 min。

Figure 2-4: Relationship between assembly layers versus thickness.

Figure 2-5: Relationship between assembly time

3.PDDA濃度對(duì)(PDDA|PSS )n組裝量的影響

陰陽離子成膜的過程中，聚陽離子和聚陰離子分別為組裝過程提供正、負(fù)電荷點(diǎn)，確保自組裝過可以持續(xù)。因此，在有限的組裝時(shí)間內(nèi)，聚電解質(zhì)的濃度會(huì)影響基底片上電荷密度，從而影響聚電解質(zhì)的組裝量。文獻(xiàn)[22]中探討了聚電解質(zhì)濃度對(duì)聚電解質(zhì)膜厚度的影響，證實(shí)聚電解質(zhì)的濃度對(duì)聚電解膜的厚度有著重要的影響。在室溫條件下，PSS濃度為2．0 g L-1，實(shí)驗(yàn)探究了不同PDDA濃度 (0．0002, 0．002, 0．02, 0．2, 2．0, 10．0 g L-1)對(duì) (PDDA|PSS)n組裝量以及聚電解質(zhì)膜厚度的影響，紫外儀器檢測(cè)結(jié)果如圖2-6。由圖2-6可以可看出，聚電解質(zhì)層數(shù)相同時(shí)，聚電解質(zhì)膜的吸光度隨著PDDA濃度的增加而增加。濃度較低時(shí)，吸光度隨濃度增加而增加不明顯。濃度較大，吸光度隨濃度的增加而明顯增加。由各直線的斜率可以看出PDDA濃度為0．0002 g L-1時(shí)每增加一層 (PDDA|PSS) 膜，吸光度增加0．0003，低于紫外分光光度計(jì)測(cè)試精確度，可以認(rèn)為在此濃度條件下，PDDA與PSS不能有效的沉積在基底片上。這有可能在PDDA濃度較低時(shí)，溶劑離子與PSS之間的作用力比PDDA與PSS分子之間的靜電引力強(qiáng)引起的。

Figure 2-6: Relationship between assembly layers

橢偏監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2-7。由圖2-7可以看出，不同PDDA濃度構(gòu)建的聚電解質(zhì)多層膜的厚度與聚電解質(zhì)層數(shù)線性相關(guān)性良好，根據(jù)模擬線性的斜率可以看出每一層聚電解質(zhì)的膜厚度隨著PDDA濃度的增加而變厚，且實(shí)驗(yàn)三次相對(duì)平均偏差較小，與2．3節(jié)實(shí)驗(yàn)中紫外測(cè)得結(jié)果一致。根據(jù)紫外與橢偏測(cè)得結(jié)果，并考慮到試劑的充分利用和相關(guān)實(shí)驗(yàn)效果，在后期的實(shí)驗(yàn)中PDDA濃度為2．0 g L-1。

Figure2-7: Relationship between assembly layers versus thickness.

4.NaCl濃度對(duì) ( PDDA|PSS)n組裝量的影響

聚電解質(zhì)在帶有相反電荷的基底上的吸附是一個(gè)聚電解質(zhì)與基底上成分的一個(gè)離子交換與擴(kuò)散的現(xiàn)象。據(jù)報(bào)道，組裝過程中聚電解質(zhì)溶液中加入一定量的鹽會(huì)影響聚電解質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能。文獻(xiàn)[26]的研究中證實(shí)了聚電解在組裝過程中對(duì)NaCl濃度的依賴性，在NaCl濃度為0．01～2．0M時(shí)，聚電解膜呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)生長(zhǎng)。而當(dāng)NaCl濃度＞2．0M時(shí)，聚電解膜呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)生長(zhǎng)。文獻(xiàn)[19]的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)NaCl濃度高于3．4M時(shí)，聚電解質(zhì)膜在組裝過程中有可能發(fā)生解吸附現(xiàn)象。針對(duì)不同離子強(qiáng)度下多層膜增長(zhǎng)有不同模式的現(xiàn)象，我們配制含有NaCl濃度為0．0 , 0．1, 0．25, 0．50, 0．75 M的PDDA溶液和PSS溶液，聚電解質(zhì)的濃度均為2．0gL-1，用以研究NaCl濃度對(duì)(PDDA|PSS)n組裝量以及聚電解質(zhì)膜厚度的影響。吸光度隨NaCl濃度變化結(jié)果如圖2-8，2-9。由圖2-8可以看出，在實(shí)驗(yàn)選取的NaCl濃度范圍內(nèi)，聚電解質(zhì)膜的層數(shù)與吸光度仍呈線性關(guān)系；由斜率可以看出NaCl濃度越高吸光度隨聚電解質(zhì)層數(shù)的變化越明顯，說明NaCl濃度越高聚電解質(zhì)的組裝量越高。圖2-9顯示了聚電解質(zhì)層數(shù)為10時(shí)，NaCl濃度與聚電解質(zhì)膜的吸光度之間關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)，NaCl濃度越高聚電解質(zhì)膜的吸光度增加越明顯。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于聚電解質(zhì)PDDA和PSS是直線型分子，隨著溶液中NaCl離子強(qiáng)度增加，離子屏蔽效應(yīng)使聚電解質(zhì)分子發(fā)生收縮，PDDA與PSS的分子構(gòu)型發(fā)生改變從而增加了聚電解質(zhì)在基底片上的組裝量而引起的。

Figure 2-8: Relationship between assembly layers versus absorbance under different NaCl concentrations.

Figure 2-9: Relationship between NaCl concentration versus absorbance.

NaCl濃度對(duì)(PDDA|PSS)n膜厚度的影響由橢偏監(jiān)測(cè)，其結(jié)果如圖2-10。由圖2-10可以看出，NaCl濃度對(duì)聚電解質(zhì)膜厚度有顯著影響。在我們的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，聚電解質(zhì)膜層數(shù)不大于10層時(shí)，層數(shù)相同的聚電解質(zhì)膜的厚度隨著NaCl濃度的增加而增加。NaCl濃度較低時(shí)聚電解質(zhì)膜隨著組裝層數(shù)的增加，膜厚度增加的較慢；NaCl濃度較高時(shí)聚電解質(zhì)膜的厚度隨著組裝層數(shù)的增加，厚度明顯增加。當(dāng)NaCl濃度較低時(shí)聚電解質(zhì)膜的厚度與聚電解質(zhì)層數(shù)成良好的線性關(guān)系，當(dāng)NaCl濃度增加，膜厚度與聚電解質(zhì)層數(shù)之間的線性趨勢(shì)減弱，逐漸呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)增長(zhǎng)。NaCl濃度為0．75M時(shí)，聚電解質(zhì)層數(shù)大于6層，聚電解質(zhì)膜的厚度隨著組裝層數(shù)的增加其厚度反而呈下降趨勢(shì)。這有可能是溶液中NaCl的濃度較高引起聚電解質(zhì)發(fā)生收縮而改變了分子的構(gòu)型，基底對(duì)聚電解質(zhì)分子的作用力弱于溶液中其他離子對(duì)聚電解質(zhì)分子的作用力，而使表面部分聚電解質(zhì)脫落，發(fā)生解吸附現(xiàn)象。NaCl濃度＜0．5M時(shí)，應(yīng)用橢偏儀測(cè)得的聚電解質(zhì)膜生長(zhǎng)趨勢(shì)與紫外測(cè)得結(jié)果一致，且與文獻(xiàn)[24]報(bào)道結(jié)果一致，膜厚度與層數(shù)呈線性增長(zhǎng)關(guān)系。而NaCl的濃度＞0．5M時(shí)應(yīng)用橢偏儀測(cè)得的聚電解質(zhì)膜生長(zhǎng)趨勢(shì)與紫外測(cè)得結(jié)果出現(xiàn)差異。與文獻(xiàn)[24]結(jié)果不一樣，聚電解質(zhì)膜發(fā)生吸附因此在實(shí)驗(yàn)過程中沒有觀察到聚電解質(zhì)膜厚度呈指數(shù)增長(zhǎng)的現(xiàn)象。因此我們沒有使用＞0．75 M的NaCl溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

Figure 2-10: Relationship between assembly layers versus thickness under different NaCl concentrations.

5.(PDDA|PSS)n的穩(wěn)定性

文章探究了保存環(huán)境對(duì)(PDDA|PSS)n大分子膜穩(wěn)定性的影響，室溫條件下，聚電解質(zhì)PDDA、PSS濃度均為2．0 gL-1，NaCl濃度為0．25M，組裝時(shí)間為10min在石英基底上構(gòu)建(PDDA|PSS)10結(jié)構(gòu)。將固定有聚電解質(zhì)膜的基底片分為兩組，一組浸入去離子水中保存；另一組氮?dú)獯蹈杀４嬗谑覝貤l件下，保存時(shí)間均為7天。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2-11 ，2-12，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出儲(chǔ)存在空氣和去離子水中的(PDDA|PSS)10PDDA 大分子膜的特征峰位置及吸光度均沒有明顯變化。由此可知(PDDA|PSS)n大分子膜在空氣以及去離子水的環(huán)境中穩(wěn)定性良好。

Figure 2-11: Stability of films stored in water. Left: 0 day Right: 7 days

Figure 2-12: Stability of films stored in air. Left: 0 day Right: 7 days

聚電解質(zhì)PDDA，PSS濃度均為2．0gL-1，NaCl濃度為0．25 M，組裝時(shí)間為10 min在硅片基底上應(yīng)用LBL技術(shù)組裝(PDDA|PSS)10聚電解質(zhì)膜，將組裝有 (PDDA|PSS)10膜的基底片用氮?dú)獯蹈桑覝貤l件下，在空氣中儲(chǔ)存，每隔7天運(yùn)用橢偏儀測(cè)定聚電解質(zhì)膜的厚度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2-13。由圖2-13可以看出，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)(PDDA|PSS)10膜的厚度發(fā)生微小的波動(dòng)，35天后(PDDA|PSS)10膜的厚度減少0．8 nm，這有可能是測(cè)定過程儀器自身的誤差以及測(cè)定環(huán)境的影響而引起的，說明 (PDDA|PSS)10穩(wěn)定性良好。

Figure 2-13: Stability of films stored in air

結(jié)論

我們的研究表明，使用橢偏儀配合紫外分光法，可以有效即時(shí)跟蹤檢測(cè)層自組裝在平面基底上的組裝過程。實(shí)驗(yàn)主要考察了組裝時(shí)間，PDDA濃度，NaCl濃度對(duì)(PPDA|PSS)10組裝量以及膜厚度的影響，結(jié)果表明基底片在聚電解質(zhì)溶液中的浸泡時(shí)間為10 min時(shí)，陰陽聚電解質(zhì)的組裝達(dá)到平衡；同時(shí)，在相同的組裝時(shí)間里，聚電解質(zhì)的組裝量和膜的厚度隨著PDDA濃度的增加而增加。我們同時(shí)重點(diǎn)考察了組裝液中加入NaCl對(duì)聚電解質(zhì)組裝的影響，當(dāng)組裝層數(shù)不大于10層時(shí)，在0．1～0．75M范圍，隨著NaCl濃度的增加聚電解質(zhì)的組裝量隨著NaCl濃度的增加而增加。最后，實(shí)驗(yàn)還探究了保存環(huán)境對(duì) (PPDA|PSS)10膜穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明去離子水和空氣對(duì) (PPDA|PSS)10膜的穩(wěn)定性影響較小，且儲(chǔ)存35天后空氣中保存的(PPDA|PSS)10膜的厚度沒有明顯的變化，證明(PPDA|PSS)10膜的穩(wěn)定性良好。

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The effect of ionic strength on polyelectrolyte multilayer membrane assembly

Zhao Hongyan Wang Bin
(Department of Chemical Engineering, Sichuan University, Sichuan Chengdu, 610000)

In the process of the construction of polyelectrolyte multilayer membrane by layer-by-layer (LBL) technology, the ionic strength of solution has a special effect on the assembly process. Using UV and ellipsometry monitoring, we have observed the effects of polyelectrolyte deposition time, poly(dimethyldiallyl ammonium chloride) (PDDA) concentration, and especially sodium chloride (NaCl) concentration on the f lm formation process. The thickness of polyelectrolyte membrane and the deposition cycles of polyelectrolyte layers show a linear relationship. With the increase of polyelectrolyte deposition time, polyelectrolyte f lm thickness increases gradually. At deposition time of 10 min, polyelectrolyte f lm thickness is the largest. With the increase of concentration of PDDA, polyelectrolyte membrane thickness shows a trend of growth. With polyelectrolyte layers no more than 10, polyelectrolyte f lm thickness increases with the increase of NaCl concentration in a linear growth fashion.

Layer-by-layer (LBL)； ellipsometry；Ionic strength理，使得砷的含量由234ng/g降至1．0ng/g以下，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，使得裝置可以高效平穩(wěn)運(yùn)行。

TQ

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