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基于原子层沉积对聚烯烃分离膜的改性与功能化
随着石油和天然气资源的逐渐枯竭，新能源的开发和利用成为了各国的重要战略任务。其中，合成气（synthesisgas,syngas）的制备和利用已成为一项重要的技术和研究领域。然而，合成气中存在大量的杂质气体，分离纯净的合成气成为制备高品质氢气和液体燃料等领域重要的前提。
在分离合成气中的杂质气体方面，聚烯烃薄膜已成为一种主流的分离膜。然而，由于聚烯烃膜本身具有一定的化学稳定性和低表面能特点，聚烯烃膜的选择性和通量受到一定限制。为了进一步提高聚烯烃分离膜的性能和使用寿命，目前常用的方法包括添加亲水性添加剂、表面修饰和复合改性等。其中，原子层沉积技术（atomiclayerdeposition,ALD）因其高度可控的薄膜沉积方式和对底部表面的强附着性，成为了一种优越的改性和功能化方法。
一、原子层沉积技术概述
原子层沉积（ALD）技术是一种逐层成长的厚度控制薄膜制备方法。其原理是通过表面活性基团对于气体分子的选择性反应实现对于薄膜厚度和化学组成的极端控制。通常情况下，ALD采用交替的脉冲进料方式，每次进料都预先准备好，保证了对于前一层的反应物进行完全消耗和准确的反应时间，从而实现了原子层级别的薄膜沉积。因此，ALD具有以下优势：
1.高度可控的薄膜沉积：逐层沉积的方式对于薄膜厚度和化学组成的控制精度可达到亚纳米级别。
2.反应方式广泛：ALD可针对不同的气体分子进行反应，从而获得多样的薄膜化学组成。
3.对复杂表面的强附着：羟基基团会与表面内层连接，使得薄膜能够强附着于底部表面。
二、通过ALD对聚烯烃分离膜进行改性与功能化
1.表面亲水性改善
对于聚烯烃膜而言，其本身的亲水性不高，因此其的湿润性也较差。而当膜表面上存在羟基等极性基团时，可以通过ALD反应改变聚烯烃膜表面的性质。例如，以锡(IV)丁二酰甲酰丙酮醇酸盐为前驱体，用作ALD反应，使得聚烯烃膜表面氧化锡层上形成羟基基团，使得聚烯烃膜表面显得更加亲水，这种改性方式可以增加聚烯烃膜在纯化合成气的通量。
2.薄膜总厚度改变
可以通过ALD技术进行逐层沉积和改变膜厚度，使得膜具有更高的分离能力。例如，研究人员可对聚丙烯膜进行ALD反应，反应前驱体分别为Al(O(CH3)2)3和H2O，在膜表面形成了氧化铝薄膜。通过改变薄膜沉积层数，可以容易地调节膜的总厚度。同时，对于氧化铝薄膜而言，其本身属于亲水性的表面，可以帮助纯化合成气中的水蒸气和其他气体杂质。
3.对分子筛的催化增强
ALD技术还可以用于扩展聚烯烃膜分离膜的近似筛分的能力。由于膜上致密层不利于小分子的传输，因此在薄膜表面形成孔道可以提高溶质的通量。例如，可以利用二氧化硅(ALD生长)方法对聚丙烯薄膜进行改性，获得可控的孔洞大小和形状，从而实现了对CO2的特异性分离。
三、总结
原子层沉积技术作为一种高度控制薄膜制备技术，具有高度可控性、广泛反应方式和对于表面的强附着性。在聚烯烃分离膜改性和功能化中，ALD技术可以用以实现对于聚烯烃分离膜表面亲水性的改善、薄膜的总厚度调节、对分子筛孔道的催化增强等。未来，随着ALD技术的进一步发展和创新，其将在聚烯烃分离膜的改性和功能化中得到广泛应用。