近日，我校材料與化學(xué)化工學(xué)部靳健教授課題組在《自然-水》（Nature Water）上，發(fā)表了題為“Sustainable polyester thin films for membrane desalination developed through interfacial catalytic polymerization”的研究論文。
該論文針對(duì)傳統(tǒng)的聚酰胺反滲透膜依賴于有毒胺單體（如間苯二胺）帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，提出采用天然多酚化合物作為單體的新型聚酯反滲透膜。論文以蘇州大學(xué)為第一及通訊署名單位發(fā)表。第一作者為我校博士研究生劉瑩，通訊作者為我校靳健和朱玉長(zhǎng)教授。
圖： 以單寧酸為單體的聚酯反滲透膜的制備過(guò)程示意圖及結(jié)構(gòu)表征
此項(xiàng)研究首要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于用單寧酸（TA，一種可從植物中廣泛提取的酚類物質(zhì)）取代傳統(tǒng)有毒的間苯二胺（MPD）來(lái)制備反滲透膜材料。與MPD單體相比，單寧酸的反應(yīng)活性較低，無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的界面聚合形成致密、無(wú)缺陷的脫鹽層。為了克服傳統(tǒng)反滲膜制備過(guò)程中由于MPD單體毒性所帶來(lái)的一系列安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，靳健教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性的提出了界面催化聚合，大幅提升天然多酚類化合物或多羥基化合物在界面聚合反應(yīng)過(guò)程中的活性，成功制備出脫鹽性能可以媲美商用苦咸水脫鹽用反滲透膜材料。
研究團(tuán)隊(duì)在水相溶液中引入了十六烷基三甲基氯化銨（CTAC）。CTAC分子中季銨鹽基團(tuán)通過(guò)其Lewis酸性質(zhì)有效催化酚羥基與酰氯之間的反應(yīng)。同時(shí)CTAC兼具表面活性，使得 TA 在界面局部富集。通過(guò)CTAC的表面活性和催化作用，最終形成平滑且高交聯(lián)度的聚酯反滲透膜。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）以及中性分子截留測(cè)試，顯示界面催化聚合（ICP）制備聚酯反滲透膜其平均孔徑約0.4nm，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)界面聚合制備的聚酯分離膜（平均孔徑~1nm）。此外，通過(guò)ICP方法制備的聚酯反滲透膜表面光滑平整，具有十分優(yōu)異的抗污染性能。在循環(huán)過(guò)濾過(guò)程中，經(jīng)簡(jiǎn)單的純水清洗即可實(shí)現(xiàn)膜表面的污染物的去除和膜面的再生，膜通量恢復(fù)率達(dá)到97%。與此相比，傳統(tǒng)的聚酰胺反滲透通量恢復(fù)率不到40%。
該研究為反滲透膜材料的“綠色”制備革新技術(shù)提供了強(qiáng)力助推。在全球水需求持續(xù)增長(zhǎng)的大背景下，引入無(wú)毒、生物可降解的新型膜材料，將能有效緩解傳統(tǒng)膜材料在生產(chǎn)以及使用過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，或?qū)⑼苿?dòng)學(xué)術(shù)和工業(yè)界設(shè)計(jì)更多性能優(yōu)異、成本可控且環(huán)境友好的下一代分離膜，為水資源可持續(xù)利用提供新思路。
