國家自然科學(xué)基金重點項目答辯PPT

2006年度(niándù)國家基金重點項目申請答辯(包頭,7月30日)申請(shēnqǐng)項目名稱：高分子電解質(zhì)材料在工程申

請

人：鄭

強依

托

單

位：浙江大學(xué)合

作

單

位：南京大學(xué)

中科院長春應(yīng)化所

應(yīng)用中的基礎(chǔ)問題研究精品資料一、項目(xiàngmù)背景及課題的提出二、項目(xiàngmù)主要研究內(nèi)容三、項目的研究方案四、項目實施的可行性五、項目的特色與總體目標(biāo)精品資料一、項目背景(bèijǐng)及課題的提出精品資料2006年度(niándù)國家基金委工程與材料科學(xué)部有機高分子材料學(xué)科所列重點項目指南通用和特種高分子材料高性能化中的的基礎(chǔ)科學(xué)問題與生命科學(xué)相關(guān)的高分子材料的基礎(chǔ)研究有機高分子功能材料：具有光、電、磁、吸附與分離功能材料的可控制備和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究與能源、環(huán)境、資源利用相關(guān)的高分子材料的基礎(chǔ)研究精品資料

環(huán)境保護是目前世界尤其是我國面臨的重大問題項目(xiàngmù)背景

能源、資源已成為當(dāng)今世界尤其是我國可持續(xù)發(fā)展的重大問題精品資料研究(yánjiū)背景國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重大(zhòngdà)需求能

源高效開采（原油）

驅(qū)油劑資

源環(huán)

境

絮凝劑高分子電解質(zhì)（聚電解質(zhì)）材料污染治理（污水）精品資料

聚電解質(zhì)材料的溶液特性與流變行為，是其在工程應(yīng)用中最主要的基礎(chǔ)科學(xué)問題對固態(tài)材料(cáiliào)而言，凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)是決定其品質(zhì)和最終使用性能的關(guān)鍵

對液態(tài)材料而言，溶液結(jié)構(gòu)和流變行為是決定其品質(zhì)和最終使用性能的關(guān)鍵精品資料一次（自能量衰減）采油(cǎiyóu)二次（注水）采油(cǎiyóu)三次（驅(qū)）采油(cǎiyóu)意味著三次采油主要采用聚合物驅(qū)油劑來實現(xiàn)，聚電解質(zhì)是最理想的聚合物驅(qū)油劑原油(yuányóu)采收率(%)重大需求背景1三次采油5-10

30-4050-70我國油田平均采收率僅34.2%我國有近100億噸探明石油地質(zhì)儲量無法開采精品資料三次采油的關(guān)鍵(guānjiàn)聚電解質(zhì)驅(qū)油劑的突破(tūpò)開展新型高效聚電解質(zhì)驅(qū)油劑的研究，探明并調(diào)控其溶液性質(zhì)以及在使用過程中的特殊流變行為，具有重要意義聚電解質(zhì)驅(qū)油劑分子結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控驅(qū)油劑剪切降解與環(huán)境降解聚電解質(zhì)效應(yīng)與驅(qū)油機制的關(guān)系精品資料重大需求(xūqiú)背景2我國的水資源環(huán)境日益(rìyì)惡化污染狀況調(diào)查表明，中國532條主要河流中,82%受到不同程度的污染；在中國人口密集的地區(qū)，湖泊、水庫已經(jīng)全部受到了污染。我國制污投入進一步加大

2005年全國廢水治理投資133.7億元，比上年分別增加26.6%。我國污水排放量不斷增大

2004年全國廢水排放總量482.4億噸，比上年增加4.9%。2005年全國廢水排放總量524.5億噸，比上年增加8.7%。污水治理我國每年廢水處理用絮凝劑約150~

200萬噸，最主要的是高分子絮凝劑.其中，絮凝效率最高的是聚電解質(zhì)精品資料污水處理(wūshuǐchǔlǐ)的關(guān)鍵聚電解質(zhì)絮凝劑的突破(tūpò)聚電解質(zhì)絮凝劑分子結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控聚電解質(zhì)絮凝劑的締合凝聚（凝膠化）聚電解質(zhì)絮凝劑的電離、遷移與絮凝效率開展新型高效聚電解質(zhì)絮凝劑的研究，探明并調(diào)控其溶液性質(zhì)以及在使用過程中的凝聚行為，具有重要意義精品資料聚電解質(zhì)基礎(chǔ)(jīchǔ)研究現(xiàn)狀1對聚電解質(zhì)不能完全離解現(xiàn)象至今仍停留在不完整的定性說明(shuōmíng)階段對“聚電解質(zhì)效應(yīng)”本質(zhì)的解釋存在嚴(yán)重誤導(dǎo)

溶液性質(zhì)聚電解質(zhì)的溶液特性的研究亟待深入對驅(qū)油作用（增粘）與聚電解質(zhì)溶液性質(zhì)的關(guān)系還有待闡明對絮凝作用與聚電解質(zhì)溶液性質(zhì)（電導(dǎo)、遷移）的關(guān)系尚不清楚精品資料聚電解質(zhì)基礎(chǔ)研究(yánjiū)現(xiàn)狀2Thuressonetal.指出(zhǐchū)，添加少量表面活性劑使聚電解質(zhì)溶液體系的動態(tài)粘度有數(shù)量級的提高，但原因不明Tsitsilianiset.al考察了Ps-PANa-Ps三嵌段聚電解質(zhì)溶液的靜態(tài)和動態(tài)流變學(xué)，對一些現(xiàn)象還不能解釋

Tadroset.al發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)溶液可明顯改變煤/水體系流變特性，進而改變輸送特性和穩(wěn)定性，但尚不系統(tǒng)

Cosgroveetal.發(fā)現(xiàn)，少量聚電解質(zhì)NaPAMPS的加入使膠原粘度大幅增高并產(chǎn)生明顯的觸變行為,但機理不明

Macromolecules2000,33,

1199Langmuir1996,12,530Langmuir1995,11Macromolecules2002,35,3662流變特性聚電解質(zhì)的流變特性亟需開展精品資料申請(shēnqǐng)項目的科學(xué)問題聚電解質(zhì)材料(cáiliào)絮凝劑驅(qū)油劑驅(qū)油效率獨特的溶液性質(zhì)粒子填充、相分離、懸浮、剪切形變……復(fù)雜的流變行為聚電解質(zhì)效應(yīng)、電離、電導(dǎo)、遷移……加注和輸送

絮凝效應(yīng)

凝聚行為精品資料二、項目主要(zhǔyào)研究內(nèi)容精品資料聚電解質(zhì)溶液電離與電導(dǎo)行為聚電解質(zhì)的溶液結(jié)構(gòu)、流變

特性與驅(qū)油/絮凝功效聚電解質(zhì)溶液的

特征流變行為主要研究(yánjiū)內(nèi)容精品資料擬解決(jiějué)的關(guān)鍵科學(xué)問題

聚電解質(zhì)溶液剪切流變行為的模型

“聚電解質(zhì)效應(yīng)”的本質(zhì)

聚電解質(zhì)結(jié)構(gòu)與特殊溶液性質(zhì)、流變行為的關(guān)系以及在復(fù)雜外場下驅(qū)油劑與絮凝劑的功效

精品資料三、項目的研究(yánjiū)方案精品資料

驗證“動態(tài)接觸(jiēchù)濃度”劃分聚電解質(zhì)溶液濃度區(qū)間的普適性、正確性（粘度法、激基熒光光譜、激光光散射）（一）聚電解質(zhì)溶液(róngyè)部分

考察不同濃度劃分區(qū)域不同類型聚電解質(zhì)溶液的離解行為

（pH電極法、電導(dǎo)法）

探索聚電解質(zhì)溶液粘度-濃度特異關(guān)系（Langmiur等溫式，2~3種自制的不同材質(zhì)毛細(xì)管粘度計）精品資料（二）聚電解質(zhì)流變(liúbiàn)部分均一聚電解質(zhì)溶液的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)剪切流變(liúbiàn)特性（AR-G2流變(liúbiàn)儀，穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)粘度計和圓筒式動態(tài)流變(liúbiàn)測定）聚電解質(zhì)/添加物混合體系的復(fù)雜流變行為（

AR-G2流變儀，穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)粘度計和圓筒式動態(tài)流變測定、流變-光散射溶液性質(zhì)表征）

復(fù)雜條件下聚電解質(zhì)溶液剪切流動與凝膠化的測定與模擬

（自建的流變參數(shù)測定裝置）

精品資料（三）驅(qū)油/絮凝功效(gōngxiào)部分模擬絮凝/驅(qū)油條件(tiáojiàn)下模型聚電解質(zhì)的增粘機制及其與驅(qū)油/絮凝效果間構(gòu)效關(guān)系（穩(wěn)態(tài)粘度與動態(tài)粘度法）疏水改性聚電解質(zhì)不同環(huán)境下的疏水締合凝聚、增粘模型（DLS、SLS、GPC-LS-η聯(lián)用、粘度法）模擬驅(qū)油/絮凝條件下模型聚電解質(zhì)的增粘機制及其與驅(qū)油/絮凝效果間構(gòu)效關(guān)系（鏈段長度、序列結(jié)構(gòu)，電荷種類和強度，pH值，濃度和溫度及時間等因素的影響）嵌段型聚電解質(zhì)在溶液中的構(gòu)象及形態(tài)（動態(tài)光散射跟蹤組裝和形態(tài)變化過程）嵌段型聚電解質(zhì)精品資料四、項目(xiàngmù)實施的可行性精品資料可行性分析(fēnxī)已有工作(gōngzuò)基礎(chǔ)聚電解質(zhì)溶液研究基礎(chǔ)復(fù)雜流體流變學(xué)研究基礎(chǔ)精品資料溶液(róngyè)研究基礎(chǔ)：(1)高分子溶液濃度(nóngdù)區(qū)間的初步劃分Km>0分子間范德華力

非聚電解質(zhì)溶液+部分聚電解質(zhì)溶液Km=0庫倫力

聚電解質(zhì)溶液

Km：有效自締合常數(shù)團簇理論：

sp/C=[]+6Km[]CHuggins公式：

sp/C=[]+kH[]2C

Km=kH[h]/6KH：Huggins斜率常數(shù)極稀溶液稀溶液亞濃溶液濃溶液動態(tài)接觸濃度交疊濃度靜態(tài)接觸濃度臨界纏結(jié)濃度0C*CsC+CC**動態(tài)接觸濃度概念的提出，為正確理解聚電解質(zhì)的溶液特性開辟了新的途徑

ChengRS.,Macromol.Symp.,1997,124,27.PanY.,ChengRS,Chin.J.Polym.Sci.,2000,18,57.精品資料溶液(róngyè)研究基礎(chǔ)：(2)高分子溶液(róngyè)粘度的界面效應(yīng)溶質(zhì)的吸附滑流K：有效吸附層厚度Fint:界面校正因子，與濃度有關(guān)高分子稀溶液粘度的普適公式為從理論上分析并驗證聚電解質(zhì)效應(yīng)的本質(zhì)提供了可能精品資料溶液研究(yánjiū)基礎(chǔ)：(3)聚電解質(zhì)溶液奇異的粘度-濃度(nóngdù)依賴關(guān)系極稀溶液的粘度隨濃度減小而急劇增大的反?，F(xiàn)象ChengRS

etal.(tobeSubmitted)由聚電解質(zhì)的開拓者、美國科學(xué)家Fuoss教授提出實驗點“聚電解質(zhì)效應(yīng)”(J.Polym.Sci.,Polym.Phys.Ed.3,

603,1948)聚電解質(zhì)以棒狀存在理論模擬值聚電解質(zhì)效應(yīng)本質(zhì)

界面吸附效應(yīng)由中國學(xué)者程镕時提出精品資料溶液(róngyè)研究基礎(chǔ)：(4)聚電解質(zhì)溶液奇異的濃度-溫度(wēndù)依賴關(guān)系聚電解質(zhì)極稀溶液粘度隨溫度降低出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象YLi,RSCheng,J.Polym.Sci.Polym.Phys.2006,44,1804.精品資料聚電解質(zhì)溶液粘度(zhāndù)界面效應(yīng)的直接證明Km=0HPAMM=5.0x105Degreeofhydrolysis19%溶液(róngyè)研究基礎(chǔ)：(5)高分子溶液粘度的界面（材質(zhì)）效應(yīng)蔡佳利

薄淑琴

秦汶

嚴(yán)小虎

程镕時,應(yīng)用化學(xué)

18(05),377(2001)慶賀黃葆同院士80壽辰專刊Cai,JL,Bo,SQ,Cheng,RS,ColloidPolym.Sci.2003,282,182,發(fā)現(xiàn)聚電解質(zhì)的界面吸附效應(yīng)與材質(zhì)和環(huán)境密切相關(guān)

精品資料聚電解質(zhì)溶液的離解度a的濃度(nóngdù)依賴性依從高分子溶液應(yīng)劃分成四個濃度(nóngdù)區(qū)間的原則(6)聚電解質(zhì)溶液(róngyè)的離解與濃度區(qū)間的劃分溶液研究基礎(chǔ)：極稀溶液亞濃溶液KaK0發(fā)現(xiàn)聚電解質(zhì)的離解度與濃度區(qū)間密切相關(guān)

提出了聚電解質(zhì)的存在兩個電離常數(shù)

ChengRS,etal.(tobesubmitted)精品資料發(fā)現(xiàn)了溶液中高分子的鏈形態(tài)參數(shù)（C*）、污水(wūshuǐ)中懸浮物濃度(Css)與絮凝劑最佳濃度(Cod)的相關(guān)性(7)高分子絮凝劑的稀溶液性質(zhì)(xìngzhì)及其絮凝規(guī)律溶液研究基礎(chǔ)：QianJW,XiangXJ,

etal.Euro.Polym.J.

2004,40,1699YangWY,QianJW,ShenZQ,J.Coll.Interf.Sci,2004,273,400

精品資料(8)嵌段型聚電解質(zhì)的形態(tài)(xíngtài)調(diào)控PEG-b-PLLA-b-PLGA溶液(róngyè)研究基礎(chǔ)：溫度和時間、溶劑的極性、pH等都對聚電解質(zhì)形態(tài)有很大的影響,表明多種因素同時影響高分子鏈的形態(tài)和本體形態(tài)JiXL,etal.(tobesubmitted).精品資料4.懸

浮3.相

分

離2.

剪切形變1.

粒子填充聚電解質(zhì)(驅(qū)油劑和絮凝劑)流變學(xué)的基本(jīběn)科學(xué)問題復(fù)

雜

流

體5.凝

膠

化精品資料(1)粒子填充(tiánchōng)----流變行為PDMS/SiO2流變(liúbiàn)研究基礎(chǔ)：揭示了納米SiO2表面性質(zhì)對儲能模量應(yīng)變依賴行為的影響，發(fā)現(xiàn)了強化的Payne效應(yīng)HuHG,ZhengQ,

J.Mater.Sci.,2005,40,249HuHG,LinJ,ZhengQ,XuXM,J.Appl.Polym.Sci.,2006,99,3477DongQQ,ZhengQ,DuMandSongYH,J.Soc.Rheo.Japan,2004,32,271DongQQ,DuM,ZhengQ.

J.Mat.Sci.,2006，41,3175

精品資料ZhangXW,PanY,ZhengQ,YiX,J.Polym.Sci.Polym.Phys.,2000,38,2739

——

Cole–ColediagramsforPSfilledwith25vol%Sn–Pballoy流變(liúbiàn)研究基礎(chǔ)：(2)剪切形變(xíngbiàn)----流變行為粒子形變與基體的松弛行為顯著影響體系流變行為ZhengQ,ZhangXW,PanY,YiXS.J.Appl.Polym.Sci.,2002,86,3166liquiddropletsSolidparticlesZhangXW,ZhengQ,PanY,YiXS.J.Appl.Polym.Sci.,2002,86,3173精品資料——RelationshipbetweenT

andTemperature

(3)相分離----流變(liúbiàn)行為流變研究(yánjiū)基礎(chǔ)：發(fā)現(xiàn)用弛豫時間與溫度關(guān)聯(lián)的類WLF方程，可以描述真實的Spinodal溫度(低于表觀Tg)ZhengQ,PengM.,SongYH.,ZhaoTJ.,Macromolecules,2001,34,8483

DuM,GongJH,ZhengQ,Polymer2004,45,673

ZuoM,PengM,ZhengQ,Polymer2005,46,11085ZuoM,PengM,ZhengQ,

J.Polym.Sci.Polym.Phys.2006,44,1547

精品資料K值兩次突變(tūbiàn)0.01585rad/s修正Kerner-Nielsen方程以反映復(fù)合體系(tǐxì)中的團聚結(jié)構(gòu)流變研究基礎(chǔ)：(4)

懸浮體系----流變行為WuG,ZhengQ.J.Polym.Sci.Polym.Phys.2004,42,1199K1

、K2

分別接近于1、2WuG,LinJ,ZhengQ,ZhangMQ,Polymer,2006,47,2442

精品資料tc≤t≤t1發(fā)展了一種用于表征(biǎozhēnɡ)體系物理凝膠點的新方法?靜態(tài)測試法，并提出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型T=138oC流變(liúbiàn)研究基礎(chǔ)：(5)凝膠化----流變行為ChenQ,FanYR,ZhengQ,Rheo.Acta.2006,(Inpress)ChenQ,FanYR,ZhengQ.ChineseJ.Polym.Sci.,2005,23,423精品資料研究(yánjiū)團隊可行性分析(fēnxī)溶液/流變強強聯(lián)合

特色互補精品資料工學(xué)博士浙江大學(xué)教授國家杰出青年科學(xué)基金獲得者(2001)教育部“長江學(xué)者獎勵(jiǎnglì)計劃”特聘教授(2004)南京大學(xué)教授(jiàoshòu)華南理工大學(xué)教授(jiàoshòu)中國科學(xué)院院士程镕時鄭

強項目申請人精品資料1977年生工學(xué)博士(bóshì)浙江大學(xué)講師年輕(niánqīng)團隊1967年生理學(xué)博士長春應(yīng)化所研究員

1974年生理學(xué)博士南京大學(xué)副教授1974年生理學(xué)博士南京大學(xué)副教授1976年生理學(xué)博士浙江大學(xué)助理研究員姬相玲謝鴻峰安全福楊

琥上官勇剛精品資料可行性分析(fēnxī)雄厚(xiónghòu)的研究平臺浙江大學(xué)

聚合反應(yīng)工程國家重點實驗室

高分子合成與功能構(gòu)造教育部重點實驗室中科院長春應(yīng)化所

高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室

國家電化學(xué)光譜與測試中心

南京大學(xué)

介觀化學(xué)教育部重點實驗室

配位化學(xué)國家重點實驗室精品資料高級流變儀(ARG-2)