聚合物微孔膜由于其窄孔徑分布，分離效率高及組件易于規模化生產及應用，在油水分離和污水處理領域具有獨特的優勢。常用的聚合物微孔膜如聚偏氟乙烯及聚砜中空纖維膜，在處理含油污水時膜污染嚴重，導致通量下降，跨膜壓差上升，清洗成本上升。主要是膜表面具有較強的疏水性，膜表面水分子層的穩定性較差，水下對油的親和能力強，導致油污易于吸附污染；此外疏水性的表面易導致蛋白質等有機物的污染以及水體中細菌微生物的滋生污染。因此，調控聚合物微孔膜的表面的親疏水性、抗污性、抗菌性具有重要的研究價值。
近期，中科院寧波材料所劉富研究員課題組提出一種界面交聯策略可以賦予聚合物微孔膜表面化學功能化，賦予其水包油乳液分離，抗蛋白污染以及抗菌特性。該方法首先合成含硅烷偶聯劑的功能化預聚物，通過對微孔膜的微溶脹、吸附、水解、縮合及交聯反應將PVP、POEGMA及PDMAEMA等官能分子固定在膜及膜孔表面，從而實現其多功能特性，該改性過程從功能分子的操控路徑上可以看做Top down過程，如圖一所示（Journal of Membrane Science, 2016,520,769-778），該策略可實現多種膜材料表面的功能化，特別適用于受污染膜材料和膜組件的親水性、抗菌等功能再生。
圖一 聚合物微孔膜的界面交聯(Top down)策略及油水分離、抗污染、抗菌功能化
聚合物微孔膜常通過超浸潤表面的構筑來實現油水混合物或者油水乳液的分離，上述工作中已經通過具有微納結構的超親水表面的設計實現了水包油乳液的初步分離，但是上述聚合物基的微納結構由于其內在的蠕變特性，易在水體的壓力或者流體剪切作用下蠕變導致微納結構及超浸潤特性消失。我們通過在柔性聚合物微孔膜表面負載剛性納米粒子，以解決聚合物基微納結構表面易蠕變不穩定問題。首先通過基于硅烷偶聯劑的界面聚合改性TiO2納米粒子，得到親水性TiO2納米粒子，然后通過相轉化及模板法制備具有初級微納結構表面的聚乳酸微孔膜，膜表面的微納孔及多尺度纖維可以捕捉，限制，并固定親水性TiO2納米粒子，形成剛性微納表面。該超親水聚乳酸微孔膜可實現水與甲苯、石蠟油、大豆油及潤滑油等油水混合物的高效分離，在10次循環之后對重油仍具有高的分離效率，且對BSA和墨水具有良好的截留及抗污染性能。上述結果表明在傳統聚合物微孔膜表面構造剛性納米粒子界面，以提高其表面功能穩定性，在理論以及技術上具有可行性及適用性。上述工作已被Journal of Materials Chemistry A（DOI: 10.1039/c6ta11156d）接受（第一作者為熊竹副研究員和林海波）。因此通過基于硅烷偶聯劑的界面聚合可以實現微孔膜表面的功能化，還可以實現納米粒子的功能化并進一步構造剛性穩定界面，對于油水分離、抗污、抗菌等具有重要意義。
圖二 柔性聚乳酸微孔膜的納米剛性界面構筑及油水分離
上述工作得到了國家基金委(5161101025, 51603215, 51673209，51473177)及中科院青年創新促進會（2014258）的大力支持。
論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ta/c6ta11156d#!divAbstract
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