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  刺激響應性分離膜是一類可通過感知周圍環境變化（pH，光，熱，氧化還原等）實現對膜通量可逆調節的膜材料。為實現這種獨特的智能調控機制，目前主要的策略是將各種響應性聚合物或交聯網絡通過自由基聚合的方式修飾到商用膜的孔道表面。然而，該方法制備得到的聚合物鏈長通常較不均勻，易對膜調控的精確度產生影響。另一方面，膜的功能還相對單一：膜所處理的“污水”的成分通常十分復雜，其pH各異且含有重金屬離子；在實現智能門控的同時，實現對污水的pH值和重金屬離子情況的檢測和分析也十分重要，可為水質評價和處理提供一定指導。

  浙江工業大學的楊晉濤教授/鄭司雨副研究員課題組前期在功能性兩性離子聚合物的設計、制備及應用領域已取得一系列研究進展：通過苯乙烯可聚合基團設計，實現了兩性離子聚合物的強反聚電解質效應，構筑了一系列具有殺菌-防污-細菌釋放多功能的智能抗菌表面（Adv. Funct. Mater. 2020, 2004633; Acta Biomater. 2022, 124; J Mater. Chem. B 2022, 3039；J Mater. Chem. B 2023, 7197；Adv. Mater. Interfaces 2022, 2201209），開發了多種兩性離子高韌性功能凝膠材料并運用至水下粘附、太陽能海水蒸發等含鹽水體環境應用（Adv. Funct. Mater. 2023, 2303272; Adv. Funct. Mater. 2022, 2205597; Chem. Mater. 2021, 8418; Chem. Eng. J 2022, 135607；ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 4579；Biomacromolecules 2023, 3345）。

  在本文中，作者基于一種苯乙烯可聚合兩性離子聚合物[聚4-（2-磺乙基）-1-（4-乙烯基芐基）吡啶鎓甜菜堿，PVPES]設計了一種多刺激響應智能門控膜。具體地，以Stober溶膠法制備了粒徑均一的SiO₂納米顆粒為支架，在其表面通過SI-ATRP生長PVEPS分子刷，然后在壓力作用下在纖維濾膜表面原位組裝PVPES-SiO₂顆粒獲得門控膜。所得膜材料的孔道均勻，且在PVEPS分子刷殼層保護下，在水體中具有較好的形態穩定性。同時，得益于PVPES的多響應性特性，該門控膜具有以下功能：

  1）堿金屬鹽響應孔徑可逆調節：可通過ATRP調控聚合物刷長度以及堿金屬鹽的鹽濃度（基于兩性離子高分子的反聚電解質效應，在鹽水刺激下聚合物鏈舒展溶脹）實現水通量0-15330 L m^-2 h^-1 bar^-1的大范圍調節。并且，該響應機制適用的鹽種類廣泛，且呈現出的響應規律與Hofmeister序列一致。

  2）堿響應外觀變色：基于PVPES的堿響應變色，所制得得PVPES-SiO₂自組裝膜在pH=7-14范圍內可發生明顯的顏色變化（毗鄰色差遠大于1），且變色速度迅捷，具有靈敏的污水pH檢測功能。

  3）對重金屬離子的吸附和熒光響應：由于吡啶官能單元的存在，該膜在污水處理的過程中對重金屬離子吸附能力較好，對Cu²⁺, Fe³⁺的吸附量分別達到了65.3%和86.6%，且伴隨重金屬離子的吸附還存在熒光猝滅現象。

  4）防污性能及反聚電解質效應驅動的表面清潔功能，有效防止微生物及蛋白質的吸附和堆積。

圖4  PVPES-SiO₂自組裝膜的機械性能和防污性能

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145185