高分子科學(xué)前沿6月15日訊：膜技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù)，由于其納米級的孔隙結構，具有成本低、節能、操作簡(jiǎn)單、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是處理各種油水乳化液，特別是表面活性劑穩定的油水乳液的理想方法之一。然而，在油水乳化液分離過(guò)程中，油滴與膜表面的相互作用會(huì )使油滴在膜表面吸附聚集，導致嚴重膜污染，膜的滲透通量急劇下降。膜污染一直是制約膜分離技術(shù)應用的瓶頸。受自然界超親水表面的啟發(fā)，通過(guò)制備具有親水性表面的膜材料，在水化層效應和空間位阻效應作用下，在膜表面構建“污染抵御”機制，解決膜污染問(wèn)題。膜的制備方法對于解決膜污染問(wèn)題具有重要意義，表面偏析法是一種同時(shí)修飾膜外表面和內孔表面的原位方法，克服了后改性方法操作復雜和膜孔堵塞的缺點(diǎn)，被認為是制備抗污染膜的理想候選法之一。表面偏析法的關(guān)鍵是設計具有兩親性結構的表面偏析劑，這是一項具有挑戰性的任務(wù)。

為了解決這一問(wèn)題，海南大學(xué)姜忠義教授團隊設計將小分子多巴胺(DA)作為表面偏析劑，將其摻入聚偏氟乙烯(PVDF)基體中，采用非溶劑誘導相分離法制備抗污染膜，用于油水乳化液分離。該研究為利用小分子作為表面偏析劑制備抗污染膜開(kāi)辟了一條新的途徑。相關(guān)工作以“Antifouling Polyvinylidene Fluoride Membrane through Dopamine Self-Polymerization Enhanced Surface Segregation toward Oil-In-Water Emulsions Separation”發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。

文章要點(diǎn)：

本文采用非溶劑誘導相轉化方法，選用PVDF為成膜高分子，DA為表面偏析劑，pH為8.5的Tris-HCl緩沖溶液為凝固浴。在相轉化過(guò)程中，溶劑與非溶劑的交換提高了DA與堿性凝固浴的接觸，從而引發(fā)DA自聚合生成聚多巴胺(PDA)。由于PDA的親水性，它在凝固液中的化學(xué)勢低于在鑄膜液中的化學(xué)勢，因此會(huì )偏析到鑄膜液與凝固浴的界面中，降低了界面自由能，促進(jìn)膜的固化與形成。同時(shí)，結合DA的生物粘附能力，PDA通過(guò)共價(jià)鍵、π-π堆積等非共價(jià)相互作用，在膜外表面和內孔表面形成親水性PDA層，極大提高膜的親水性。實(shí)現成膜與膜改性同步進(jìn)行。

DA的加入和自聚合調節了相轉化過(guò)程，賦予膜高孔隙率結構（膜的孔隙率由29.5%提高到83.8%），膜的滲透通量從134 L m-2 h-1 bar-1提高到538 L m-2 h-1 bar-1，對四種不同的油水乳液截留率在99.8%以上。同時(shí)，由于膜和孔表面的親水性PDA層形成了堅固的水化層效應，使得膜具有超強的水下疏油性和優(yōu)異的抗污染性能，通量恢復率超過(guò)99.4%，并且經(jīng)過(guò)3次過(guò)濾循環(huán)實(shí)驗后，膜的抗污性能仍然良好，說(shuō)明膜具有優(yōu)異的分離穩定性。同時(shí)，與文獻報道高分子膜比較，該研究制備得到的膜，滲透通量和抗污染性能處于領(lǐng)先水平。該工作證明了小分子如DA作為表面偏析劑的可行性，為油水乳化液分離抗污染膜的制備提供新的途徑。（本刊有刪節）詳情見(jiàn)高分子科學(xué)前沿公眾號

圖1. 膜形成示意圖