26
分离方面的应用

(3)膜分离技术不仅适用于无机物和有机物，从病毒! 细菌到微粒等广泛的分离范围，而且还适用于许多
特殊溶液体系的分离，如溶液中大分子与无机盐的
分离和一些共沸物或近沸点物质的分离等；

(4)膜分离过程中分离与浓缩同时进行,便于回收有价 值的物质资源；
27
分离方面的应用

(5)由于只是用压力作为膜分离技术的推动力，因而 膜分离工艺适应性强，装置简单，操作方便，处理

Bruening等把聚电解质层层自组装PSS /PAH的纳 滤膜用于多种氨基酸分子的分离，有很好的分离效 果。
22
分离方面的应用

纳滤膜不仅用于水中无机盐和有机分子的分离, 还能 应用于食品加工、石油工业、药物纯化和催化剂回
收等有机体系, 但现有的纳滤膜大都存在耐有机溶剂
性差、易溶胀和不耐高温等问题。聚电解质自组装 膜耐有机溶剂能力强, 适合于有机溶剂体系中物质的 分离。
成膜驱动力。利用这种方法可以控制自组装膜的结
构和厚度, 并且由于静电相互作用的非特异性, 可以 轻易地将生物功能大分子、导电聚合物、感光聚合 物引入到薄膜中去, 形成具有生物功能、导电功能和 光活性的薄膜。
7
层层自组装的制备

这种技术对基质的选取并无特殊限制, 试验中常用的 是石英片。基质预处理包括清洗基质和表面处理。
洗，(4)B层膜材料的吸附，(5)清洗，之后重复(2)、
(3)、(4)、(5)。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
5
层层自组装的制备
自组装技术
静电层层 自组装技术 氢键层层 自组装技术
配位作用
其它层层 自组装技术
电荷转移
特异性 分子识别
6
层层自组装的制备

静电层层自组装技术(静电交替沉积技术)：近年来发 展的层层自组装技术主要以离子间的静电作用作为
层层自组装， 随后经过磷酸处理使金膜脱落，溶解
氧化铝基板最终制备了管状结构材料。

除了多孔氧化铝基板外, 有孔结构的聚碳酸酯等其他 基板也被使用于制备管状材料。

一般的棒状基板有聚苯乙烯微纤维和镍棒等。
32
催化方面的应用

漆酶(Laccase) 是一种含铜的多酚氧化酶，能够催化 氧化酚类和芳胺类化合物，在废水处理、芳香族化
用在催化和传感等领域， 因而此类材料的制备具有
较高的应用价值。此类材料的制备一般是在胶体颗 粒膜板上层层组装所需的物质，然后通过化学或者 加热处理，除去胶体颗粒模板而得到空胶囊，通过 对胶体颗粒和薄膜物质的选择，可以很好的控制胶
囊的尺寸、厚度以及成分。
29
催化方面的应用

Sasaki在PMMA球上实现料二氧化钛与Al13 Keggin 离子层层自组装制备无机层状薄膜， 随后加热除去
层层自组装技术
1
目录
1 2
3 4
层层自组装简介 层层自组装的制备 层层自组装的应用
总结
2
层层自组装简介

早在1966年, Iler就曾利用带相反电荷的胶体粒子通 过交替吸附的方法构筑多层结构。1980年,
Fromherz在此基础上提出了利用带电荷的蛋白质与
线型聚电解质通过交替吸附自组装形成多层结构的 概念。但是直到1991年, 在Decher等首次利用线型 的阴、阳离子聚电解质通过静电自组装的方法成功 制备了多层复合平板膜之后, 层层自组装技术才广为
移、特异性分子识别等也可用来作为成膜驱动力。
这些都丰富了基于交替沉积的自组装技术, 也为构筑 功能性器件提供了更广泛的选择性。
16
层层自组装的应用
在电子和光学器件方面的应用 在分离和催化方面的应用
应用
在生物医用材料方面的应用
在模拟细胞行为和药物缓释等方面的应用
在生物反应器和生物传感器方面的应用
17
催化方面的应用

在保持酶生物活性不变的前提下，将漆酶高度有序、 稳定地固定在固体基底上是制备高效漆酶生物传感
器的关键一步。采用静电层层自组装的方法在云母
片基底上构筑漆酶自组装多层膜。

将新鲜解离的云母片交替浸入2g/L的(聚丙烯酰 胺)CPAM溶液、漆酶液体中各20min，每次后用超 纯水彻底漂洗，然后取出用冷风吹干，如此重复上
与膜的表面电荷关系不大,但与被分离的离子的电荷
密度关系较大，在自组装膜层数恒定时，被分离离 子间的电荷密度差异越大,分离效果越好。
25
分离方面的应用

膜分离技术具备以下的特点： (1)膜分离过程不发生相的变化，与有相变的分离方
法相比，能耗低，是节能技术;

(2)膜分离过程通常是在常温下进行，因而特别适用 于热敏性物质，如果汁、酶、药品等的分离!分级!浓 缩和富集;
18
分离方面的应用

聚电解质层层自组装纳滤膜的应用虽处在实验研究 阶段, 生产及生活用水的软化 但由于其具有结构和性能的可控性, 显示出潜
在的应用前景。目前主要应用于以下几个方面。 海水及苦咸水的淡化
水中有机物的分离 有机溶剂中物质的分离
19
分离方面的应用

Bruening等在多孔氧化铝基膜上组装5个双层的PSS /PAH(聚苯乙烯磺酸钠/聚丙烯胺),所得自组装纳滤膜
表面处理是将基质表面处理成亲水的或疏水的, 带正
电荷或带负电荷的。处理后的基质存放在超纯水中 待用。静电交替沉积的具体机理如下图所示。
8
层层自组装的制备

将基质表面处理成带正(负)电荷的, 然后第一层带 负(正)电荷的聚合物膜沉积在基质表面,清洗干燥之
后再将第二层带正(负)电荷的聚合物膜沉积在第一
有很高的荷电性, 能与离子之间形成强烈的静电排斥
作用, 能够同时去除水中一价离子和二价离子, 也能 应用于这一领域。
21
分离方面的应用

层层自组装纳滤膜除了可对水中无机盐进行截留, 还 可对水中的有机物进行分离。Bruening 等制备的层
层自组装纳滤膜[PSS/PAH]45对染料、蔗糖等有机大
分子和无机盐小分子有很好的分离效果。
膜时依然不会造成聚合物的缺乏。
11
层层自组装的制备

清洗是为了避免上一次吸附中沾染在基质上的液体 对下一次吸附造成污染, 并且还有助于已吸附聚合物
层的稳定。吸附时间取决于聚合物的分子量、溶液
的浓度以及搅拌是否良好等。
12
层层自组装的制备

氢键层层自组装技术：基于静电相互作用的自组装 要求成膜材料必须带有电荷, 因此这些材料只能溶于
法。该方法操作简单、条件温和，特别适合制备具
有生物活力的薄膜。随着研究的不断深入，自组装 材料也逐渐从聚电解质扩展到生物大分子( 酶、DNA、 蛋白质等) 、无机纳米颗粒、染料等功能性物质。通 过层层自组装技术制备的生物大分子自组装膜，具
有结构高度有序、酶负载量பைடு நூலகம்控等特性，在构筑生
34
物传感器、生物芯片等领域具有重要意义。
人们接受, 并在近十几年内得到飞速发展。
3
层层自组装简介

层-层自组装(Layer by Layer Self Assembly, LbLSA)是利用逐层交替沉积的方法, 借助各层分子
间的弱相互作用(如静电引力、氢键、配位键等) , 使
层与层自发地缔和形成结构完整、性能稳定、具有 某种特定功能的分子聚集体或超分子结构的过程。
23
分离方面的应用

聚电解质自组装膜可用作离子分离膜或反渗透膜用 于脱盐，但它们的分离机理不尽相同，离子分离膜
的分离机理遵循双极化膜的离子排斥模型，它是一
种分子水平级的多层双极化膜。
24
分离方面的应用

由图可见,高价离子与膜之间存在更强的排斥力作用, 且膜的层数愈多，分离愈有效，一般膜的分离效果
分离方面的应用

目前已报道的自组装聚合物多层分离膜, 大多是聚电 解质在多孔底膜上进行静电自组装制成皮层致密的
复合膜, 主要用于渗透气化、反渗透和气体分离等方
面。利用层层自组装所制得的膜结构比较清楚, 膜的 厚度与层数之间有着明确的定量关系, 而且膜厚在纳 米范围可调, 这既利于膜性能的比较又有望获取最佳 分离性能的膜厚度。
合物转化、食品加工、生物医药及生物传感器构建
方面具有重要应用价值。但是，由于游离漆酶在使 用过程中易变性失活，且不易从反应体系中分离出 来重复使用，这在一定程度上限制了漆酶的工业化 应用。
33
催化方面的应用

静电层层自组装是通过交替吸附带相反电荷的聚电 解质在固体基底上构建有序多层膜的一种固定化方
由相同或不同分子之间,因彼此 在微观结构中，比分 的弱相互作用而形成的分子体系, 子中原子排列尺度大 这类物质由分子组成,彼此之间 的结构。 不是共价键结合,而是在弱相互 作用力作用下规则有序的排布在 4 一起,形成规则的结构。
层层自组装简介

层层自组装技术构筑多层超薄膜的大体步骤可以概 括为:(1)基质预处理，(2)A层膜材料的吸附，(3)清
层膜表面, 清洗干燥之后重复以上步骤, 直至得到 所需层数的多层膜。聚电解质分子链上的带电基团 之间相互吸引, 使层与层之间紧密吸附。
9
层层自组装的制备

如下图所示, 聚磺化苯乙烯钠盐(PSS)分子链上含有 负电基团(-SO3-), 聚盐酸烯丙胺(PAH)分子链上含有
正电基团(-NH3+) , 两层膜结合后, 小分子NaCl被清洗
极性溶剂(通常是水)中, 这势必限制了成膜材料的种
类。1997年,Rubner与张希几乎同时提出了以氢键 来构筑自组装多层膜的方法氢键层层自组装技术, 从 而把这种方法推广到适用于非水溶剂中, 它是对 Decher提出的静电自组装方法的有利补充。基于氢