由胺类单体的水相溶液和酰氯单体的有机相溶液经液-液界面聚合合成的聚酰胺纳滤膜,可广泛应用于饮用水深度净化、药物提纯、离子和分子筛分、盐湖提锂、海水富铀等,其纳米/亚纳米尺度的分离能力源于尺寸筛分与电荷排斥的协同。因此,纳滤膜的荷电性设计对于其分离性能的精细调控与应用开发至关重要。基于哌嗪和均苯三甲酰氯聚合而成的聚哌嗪酰胺纳滤膜已取得巨大的商业成功,但固有的负电性限制了其在多种分离需求中的效用,例如面向锂资源提取的锂/镁分离。究其本质,聚酰胺的固有负电性源于未反应酰氯基团的水解产生大量羧基。这是由于界面聚合过程中,由胺类单体的水相溶液扩散进入酰氯单体的有机相反应区的哌嗪总量较低,生成交联聚酰胺网络时酰氯单体往往过量且残留大量的未反应酰氯基团,极易水解形成荷负电的羧基。似乎可简单地改变哌嗪的单体浓度及其与酰氯单体的比例来调节聚酰胺膜的荷电性,但往往导致哌嗪在水溶液中本体扩散和有机/水界面扩散的同步变化,由此衍生出狭窄的荷电性调控窗口在技术上缺乏实用性。理论上应在界面聚合过程中对哌嗪单体的本体扩散和界面扩散进行去耦合,才能设计与合成拥有宽荷电性窗口的定制化聚酰胺纳滤膜。
图1. 常规烷烃-水界面聚合体系通常需要引入额外的后修饰步骤来调节聚酰胺纳滤膜的荷电性,而烷烃-离子液体/水体界面聚合体系可通过改变离子液体的比例一步法实现聚酰胺纳滤膜荷电性的宽窗口调控
图2. 聚酰胺纳滤膜表面荷电性的双重翻转性质与正电性起源
图3. 不同离子液体含量下本体扩散与界面扩散去耦合调控原理
总之,SIEPM发展的离子液体介导界面聚合已在合成定制化聚合物纳米薄膜方面展现出独特的优越性,它将使更多新颖的界面聚合过程与创新的聚合物分离膜材料成为可能。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-46580-6
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