中國科學院大連化學物理研究所(dalian institute of chemical physics)曹義鳴研究員團隊近期於journal of membrane science期刊(2021, 619,118788)發表題目為《增塑劑輔助介面聚合構築高通量反滲透複合膜》的**。該**第一作者為博士研究生秦倚天，通訊作者為曹義鳴研究員和康國棟研究員。
【研究亮點】
【文章簡介】
具有高選擇滲透性的半透膜在用膜分離技術處理海水淡化和苦鹹水淡化中扮演著至關重要的角色。目前很多研究著眼於多功能新材料的開發和應用，但這些材料大多製備工藝複雜且**昂貴，難以實現工業應用。相較而言，對聚醯胺本身結構和效能的調控更便於大規模的生產和應用。本工作首次採用增塑劑輔助介面聚合法(paip)製備了高通量的聚醯胺反滲透複合膜。增塑劑是一類重要的小分子量新增劑，其能夠與聚合物鏈形成物理或化學相互作用從而將之分隔開，以實現擾亂聚合物鏈的規整性的目的。在本研究中，增塑劑鄰苯二甲酸二乙酯(dep)新增在油相溶液中進行介面聚合。如圖1所示，dep中的羰基可與聚醯胺鏈中的腫胺基形成氫鍵，從而取代了聚醯胺鏈間原本的相互作用，提高了聚醯胺鏈的可活動性，同時增塑劑的引入對聚醯胺交聯結構的破壞很小，從而達到改善膜透水性和保持膜的分離性的目的。
圖1.(a)增塑劑輔助介面聚合的原理示意圖；(b)傳統介面聚合形成的聚醯胺(左側)和增塑劑輔助介面聚合形成的聚醯胺(右側)
如圖2所示，與傳統介面聚合製備得到的膜rom-dep-0相比，新增了不同含量的dep的反滲透膜表面呈現出不同的表觀形貌，膜表面的脊谷狀形貌的比例逐漸減小，新形成的聚醯胺棒狀形貌逐漸增加，說明dep的引入對介面聚合過程有逐步的調控作用。考察聚醯胺層的彈性模量可以發現，隨著dep含量的增加，聚醯胺的楊氏模量從未改性的2.33gpa逐漸下降到3.0wt%dep改性的0.17gpa，說明dep的加入有效改善了聚醯胺鏈的柔韌性，從而可為水分子在聚醯胺層中的擴散提供快速通道。當dep的濃度為0.5wt%時，水通量由未改性膜的1.06 l m-2h-1 bar-1提高到2.85 l m-2 h-1 bar-1，鹽截留率幾乎不變；dep的濃度為1.5wt%和2.0wt%時，水通量分別提高到4.82 l m-2h-1 bar-1和5.95 l m-2 h-1 bar-1，分別約為未改性膜通量的4.5倍和5.5倍，但鹽截留略微有所下降。並且長時間的測試結果表明，改性後的膜具有穩定的水通量和脫鹽能力，具有廣闊的實際應用前景。
圖2. 反滲透膜表面的掃瞄電鏡影象(左側)以及原子力顯微鏡影象(右側)
原文資訊：
秦倚天，博士生
工作單位：中國科學院大連化學物理研究所(dalian institute of chemicalphysics)，能源學院
曹義鳴，研究員
工作單位：中國科學院大連化學物理研究所(dalian institute of chemicalphysics)，能源學院
通訊郵件：[email protected]
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