孔徑在1納米左右的納濾膜通常用超濾基膜表面的界面聚合來制備，在飲用水深度凈化、多價離子脫除、有機小分子濃縮等方面具有廣泛的應用。但經典的三酰氯/二胺界面聚合在熱力學上是一個非平衡過程，反應十分快速，幾秒鐘內即可完成，動力學上無法控制。在國家自然科學基金重點項目“基于可控表界面工程的聚合物納濾膜”的資助下，浙江大學徐志康教授帶領”聚合物分離膜及其表界面工程”課題組從以下兩個方面取得一系列進展。
“自上而下”構建選擇性皮層，實現納濾膜的多功能化
課題組博士生張超前期發現，微量CuSO4/H2O2就能促進多巴胺快速氧化聚合，形成穩定、均勻、可控的涂層(Angew. Chem. Int Ed., 2016, 55, 3054-3057)。進一步深入研究表明，降低了粗糙度的聚多巴胺涂層增大了折射率，干涉原理使之呈現出明亮的顏色，而不是昏暗的黑色。相關論文發表在 J. Mater. Chem. C (IF = 5.066)上，并被選為外封面論文。
論文信息：
Chao Zhang, Bai-Heng Wu, Yong Du, Meng-Qi Ma and Zhi-Kang Xu*; Mussel-inspired Polydopamine Coatings for Large-scale and Angle-independent Structural Colors. J. Mater. Chem. C, 2017, 5, 3898-3902.
博士生張超與博士生呂嫣合作，利用正電子湮滅詳細分析了超濾基膜表面此類涂層的結構，發現該涂層具有0.5納米和0.9納米左右兩類孔徑，可以作為薄層復合納濾膜的選擇性皮層，不僅具有杰出的水相脫鹽性能，還能從有機相中高效地回收納米催化劑。相關論文發表在 ACS Appl. Mater.Interfaces (IF = 7.145)上。
論文信息：
Chao Zhang, Yan Lv, Wen-ZeQiu, Ai He, and Zhi-Kang Xu*; Polydopamine Coatings with Nanopores for Versatile Molecular Separation. ACS Appl.Mater.Interfaces, 2017, DOI: 10.1021/acsami.7b03115.
博士生呂嫣則在前期發展聚多巴胺(PDA)/聚乙烯亞胺(PEI)共沉積選擇性皮層的工作基礎上，提出在PDA/PEI皮層中引直徑為10納米左右的SiO2納米粒子，不僅能提高復合納濾膜的通量，而且顯著增強了其表面機械性能和結構穩定性。相關論文發表在 ACS Appl. Mater.Interfaces (IF = 7.145)上。
論文信息：
Yan Lv, Yong Du, Wen-ZeQiu, and Zhi-Kang Xu*;Nanocomposite Membranes via the Codeposition of Polydopamine/Polyethyleneimine with Silica Nanoparticles for Enhanced Mechanical Strength and High Water Permeability.ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 2966?2972.
博士生呂嫣和博士生張超進一步與美國阿貢國家實驗室Seth Darling教授合作，利用仿生礦化在此類納濾膜表面生成b-氫氧化氧鐵納米棒，構建了一類具有光催化降解性能的復合納濾膜。可見光照下，該膜在完全脫除印染廢水色度的同時，負載的催化劑能夠通過光芬頓反應高效、穩定地降解膜表面截留的染料，顯示出優異的自清潔能力。相關論文將發表在Adv. Funct. Mater. (IF=11.382)上。
論文信息：
Yan Lv, Chao Zhang, Ai He, Shang-Jin Yang, Guang-Peng Wu*,Seth B. Darling*, Zhi-Kang Xu*; Photocatalytic Nanofiltration Membranes with Self-Cleaning Property for Wastewater Treatment.Adv. Funct. Mater., 2017, in press.
“自下而上”調控界面聚合，實現更薄分離層、更高水通量
除熱力學和動力學均難于調控外，超濾膜表面的不均勻性也是影響界面聚合的一個重要因素。博士生張郗和博士生楊熙分別用多酚和多巴胺與聚乙烯亞胺等在超濾基膜上適度共沉積，構建一層親水、均勻分布的中間層，在一定程度上使得超濾基膜表面均勻化，毛細管作用引起向上的Laplace力會使得水相中更多的胺類單體被均勻地分布在基膜表面參與界面聚合，從而成功地將選擇皮層的厚度由原本的100 -120納米降低至50 納米左右，有效降低了水的過膜阻力，同時賦予皮層更好的均勻性。在保證截留效果的前提下顯著提升了復合納濾膜的水通量，0.6MPa下對Na2SO4截留率大于97%，水通量高達60 L/m2h。相關論文分別發表在ACS Appl.Mater.Interfaces(IF=7.145)和Langmuir(IF=3.993)上。
論文信息：
Xi Zhang, Yan Lv, Hao-Cheng Yang, Yong Du, Zhi-Kang Xu*; “Polyphenol Coating as An Interlayer for Thin-Film Composite Membranes with Enhanced Nanofiltration Performance. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8(47), 32512–32519.
Xi Yang, Yong Du, Xi Zhang, Ai He and Zhi-Kang Xu*;Nanofiltration Membrane with A Mussel-Inspired Interlayer for Improved Permeation Performance. Langmuir,2017,33(9), 2318–2324.
碩士生王靜靜則在微濾基膜表面引入天然纖維素納米晶作為中間層，有效調控了界面聚合過程并得到超薄聚酰胺分離層。同時，纖維素納米晶中間層的超親水性也顯著促進了水的滲透，實現了高性能復合納濾膜的制備。在對Na2SO4截留率為97%的同時，其滲透通量最高可達204 Lm-2h-1，為目前文獻報道的最高值。
相關論文發表在J. Mater. Chem. A(IF=8.262)上。
論文信息：
Jing-Jing Wang, Hao-Cheng Yang, Ming-Bang Wu, Xi Zhang and Zhi-Kang Xu*;Nanofiltration Membranes with Cellulose Naocrytals as An Interlayer for Unprecedented Performance.J. Mater. Chem. A, 2017, DOI: 10.1039/c7ta00501f.
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