隨著人口的不斷增長(zhǎng)、城市化的迅速發(fā)展以及水污染情況的加劇，水資源短缺已經(jīng)成為全人類共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。膜技術(shù)具有移除率高和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在水處理方面中有著非常廣泛的應(yīng)用。膜的水通量作為一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，一直是基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的重點(diǎn)。尤其在納米尺度下，流體的實(shí)際行為與傳統(tǒng)流體力學(xué)模型之間存在嚴(yán)重偏差，因此研究納米尺度下水的流動(dòng)行為具有重要意義。在眾多類型的分離膜中，核孔膜由于其孔徑分布狹窄，孔徑呈規(guī)則的圓柱形，是研究納米受限流體良好的模型系統(tǒng)。然而，當(dāng)核孔膜孔徑小于200 nm，尤其是在100 nm 以下時(shí)，不同文獻(xiàn)中核孔膜水通量的測(cè)試結(jié)果存在明顯差異，這顯然不利于正確地理解超濾膜的分離過(guò)程。根據(jù)Hagen-Poiseuille 方程，壓力驅(qū)動(dòng)下通道中的水通量與通道直徑的四次方成正比，因此通道直徑的測(cè)量對(duì)于水通量的確定起著關(guān)鍵作用。然而對(duì)于非導(dǎo)電多孔材料，掃描電子顯微鏡（SEM）在觀察時(shí)需引入一個(gè)額外的導(dǎo)電層來(lái)覆蓋材料表面，這不可避免地帶來(lái)了孔徑測(cè)量時(shí)的誤差。為了解決這一難題，本文創(chuàng)新性地提出孔道復(fù)制的方法來(lái)對(duì)孔徑進(jìn)行精確測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)孔徑200 nm 以下核孔膜水通量的精確測(cè)量，我們期望這項(xiàng)工作將有助于澄清關(guān)于超濾膜水通量的爭(zhēng)議。本論文研究工作主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（一）利用孔道復(fù)制的方法，精確測(cè)量核孔膜孔徑。這種方法可以最大程度地降低傳統(tǒng)掃描電鏡測(cè)試中導(dǎo)電層所帶來(lái)的孔徑誤差，顯著提高了孔徑測(cè)量精度。同時(shí)結(jié)合濺射鍍膜機(jī)理解釋了這種孔徑測(cè)量方法更為可靠的原因。

（二）通過(guò)拉伸的方法，首次制備出了孔徑200 nm 以下橢圓形孔道的核孔膜，統(tǒng)計(jì)分析了變形前后膜的特征參數(shù)（長(zhǎng)軸、短軸、孔隙率）的變化：長(zhǎng)軸在變形后有明顯的伸長(zhǎng)；短軸的尺寸變化不大；孔隙率在拉伸之后明顯增加。

（三）在核孔膜孔徑的精確測(cè)量的基礎(chǔ)上，對(duì)孔徑200 nm 以下的圓形核孔膜的水通量進(jìn)行了測(cè)量，得到的通量數(shù)據(jù)與之前報(bào)道的數(shù)據(jù)相比，精度得到了顯著提高。并在膜的親水性研究基礎(chǔ)上，解釋了孔徑100 nm 以下的核孔膜水通量明顯低于理論值的原因。

對(duì)于納米受限流體，除宏觀條件下的影響因素以外，納米通道壁面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)也會(huì)對(duì)流體行為產(chǎn)生不可忽視的影響，最終納米受限流體的行為是在眾多因素的共同作用下所決定的。因此相比宏觀流體，納米尺度下的流體行為更具復(fù)雜性與不確定性。通過(guò)開展對(duì)納米孔徑核孔膜的水流通量的研究工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米孔徑核孔膜水通量的精確測(cè)量，并發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象：核孔膜在亞100 nm孔徑下水通量會(huì)明顯低于傳統(tǒng)流體力學(xué)模型所預(yù)測(cè)的理論值；橢圓形孔道的核孔膜水通量明顯增大。

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