中国科大刘江涛教授团队 Sci. Adv.：基于三维酚酞分子构建微孔聚芳酯膜用于精准分子筛分

2024-08-16 来源：高分子科技

薄膜复合膜(TFC)由于其微观结构可控，在高附加值药物成分的提取、分离和浓缩中逐渐取代了一些传统技术。然而，为了提高分离过程中的分离效率，迫切需要设计出具有高渗透、高选择性和扩展性的TFC膜。理想的膜材料应具有高的渗透性和截留性，并能在可行的膜面积内并在可行的时间内处理大量的溶剂。因此，选择合适的反应单体起着至关重要的作用。酚酞由于其具有的经济性质和广泛的商业供应而成为一种可行的选择。值得注意的是，由于其庞大的悬垂基团和非共面扭曲结构，酚酞被广泛用作缩合聚合物的重要组成部分。各种基于酚酞的聚合物已被合成，包括聚芳醚酮、聚芳醚砜、聚苯乙烯醚腈和聚芳醚腈等，它们具有优异的机械性能、热稳定性、环境稳定性。这些特性使酚酞成为一种用于提高TFC膜的结构刚度和微孔隙度的很有前途的单体。

高附加值活性药物成分的合成通常需要在不同的有机溶剂中对目标化合物进行多步分子分离。传统的液体分离工艺，如蒸馏或蒸发，从有机溶剂中纯化高附加值的溶质需要相当大的成本和能源消耗。在分离、纯化和浓缩过程中应用先进的膜技术是降低能耗、减少投资成本、提高经济效益的有效途径。近期，中国科学技术大学环境科学与工程系刘江涛教授团队，提出了一种全新的聚芳酯纳滤膜，能实现对高附加值药物的高效回收。团队以廉价易得的TMC和具有扭曲结构的酚酞作为反应单体，使用传统的界面聚合方法成功制备了一系列高性能微孔聚芳酯纳滤膜（图1A）。通过精准调控，制备出了厚度低至30 nm且具有高微孔隙度的聚芳酯纳滤膜（图2）。有趣的是，与传统的聚酰胺膜相比，聚芳酯膜具有更高的机械强度。此外，该膜的孔径和结构可以通过酚酞的羟基附近的侧链基团(如甲基和异丙基)来调节（图1B）。分子动力学模拟进一步证明，用3D酚酞单体制备的聚芳酯膜具有可调节的微孔隙度和较高的孔隙连通性。实验结果表明，TFC膜对有机溶剂系统中的有机微污染物具有较高的甲醇渗透率和精准的分子量截止值(MWCO≈289 Da)（图3）。这项工作表明，合理的分子设计可以促进高性能膜材料的发展，真正实现工业环境中的分子分离。该工作以“Microporous polyarylate membranes based on 3D phenolphthalein for molecular sieving”为题发表在《Science Advances》上（Science Advances 2024, 10, eado7687)。文章第一作者是中国科学技术大学博士生研究生姚阿延，通讯作者为刘江涛教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家青年人才计划、国家自然科学基金、双一流中央高校科研基金等项目的支持。

图1. 基于3D酚酞分子制备高性能微孔聚芳酯纳滤膜

图2. 聚芳酯膜的形态和特征

图3 聚芳酯膜的有机溶剂纳滤性能

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado7687

中科大海优团队招副高+博士后

一、岗位待遇

(1)特任副教授/副研究员：待遇一事一议

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(7)子女入学：子女入读中科大附属幼儿园-小学-初中-高中（安徽省顶尖教育质量）。

(8)住房保障：学校提供人才房，价格远低于市场价，精装修+产权；另外学校过渡住房（两室一厅带全套家具），若在校外租房，学校提供租房补贴。

二、岗位要求

专业背景包括但不限于：有机化学、无机化学、高分子化学与物理、环境科学与工程等，有分离膜科学与技术相关经验，在膜领域内公认期刊已发表过英文文章，有良好的团队合作精神，符合中国科学技术大学博士后管理的规定。另每年招收多名博士、硕士、联培生、课题生、留学生等。

三、团队介绍

刘江涛，博导，特任教授(海外引进国家高层次人才+中科院人才计划入选者)，课题组研究方向聚焦于新型分离膜材料在环境生态、能源资源、生命健康等领域的基础和应用研究，包括二维共价有机框架材料COF、金属有机框架材料MOF、多孔材料POC/PAF/HOF/PIM/HOF等，广泛用于碳捕集碳中和、海水淡化、污水处理、雾霾净化、油水分离、血液净化、气体CO₂分离等领域。目前发表文章有Science子刊Science Advances (3篇), 材料领域期刊Advanced Materials (3篇), Angew, ACS Nano, Journal of Materials Chemistry A, 膜分离领域期刊Journal of Membrane Science, 环境领域期刊Environmental Science & Technology, Journal of Hazardous Materials等，申请专利10项，其中已获授权专利8项。目前担任Advanced Membranes, Carbon Capture Science & Technology(CCST)青年编委，Polymers(IF=4.967)客座编辑。

课题组网站

https://www.x-mol.com/groups/liu_jiangtao/people

环境系网页

http://ese.ustc.edu.cn/2021/0624/c26804a514296/page.htm

四. 应聘方式

符合上述条件的应聘人，请将个人简历发送至邮箱jiangtaoliu@ustc.edu.cn（邮件题目注明“姓名-毕业院校-应聘副高/博士后”）

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（责任编辑：xu）

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