【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，發(fā)展高能效的精準(zhǔn)分離材料和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)離子、分子尺度的精準(zhǔn)分離對(duì)能源、水、化工、制藥等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生變革性的影響。膜分離具有能耗低、分離條件溫和、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)化大生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。然而，制備具有高度均一孔徑的納孔膜材料，實(shí)現(xiàn)離子或小分子化合物的精準(zhǔn)分離仍面臨巨大挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，近年來(lái)發(fā)展了一系列基于一維納米材料(如碳納米管等)、二維納米材料(如石墨烯等)、水通道蛋白等為代表的新型膜材料，但這些新型膜材料在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨著難以大規(guī)模制備、長(zhǎng)效穩(wěn)定性差以及成本高等問(wèn)題。
 

　　近期，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員靳健課題組與美國(guó)范德堡大學(xué)教授林士弘課題組合作，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種利用表面活性劑自組裝有序單分子膜調(diào)控界面聚合過(guò)程(即surfactant-assembly regulated interfacial polymerization, or SARIP)制備具有超窄孔徑分布的薄膜復(fù)合納濾膜(TFC-NF)的策略，實(shí)現(xiàn)了亞埃級(jí)的分子/離子的高精度分離。
 

　　界面聚合：在兩種互不相溶，分別溶解有兩種單體的溶液的界面上(或界面有機(jī)相一側(cè))進(jìn)行的縮聚反應(yīng)叫做界面聚合。反應(yīng)所得到的聚合物不溶于溶劑，在界面中析出。界面聚合適用于不可逆的縮聚反應(yīng)。對(duì)單體純度和量比要求不高，溶劑消耗量大，設(shè)備利用率低，可用于酯高熔點(diǎn)聚合物聚酰胺、聚碳酸酯等。
 

　　界面聚合法是目前有效的大規(guī)模制備TFC-NF的方法，同時(shí)也是工業(yè)化納濾膜生產(chǎn)的主要方法。在傳統(tǒng)界面聚合反應(yīng)中，溶于水相中的二胺(PIP)單體擴(kuò)散進(jìn)入含有酰氯(TMC)的油相中，在水油界面處發(fā)生聚合反應(yīng)生成聚酰胺分離層。由于這兩個(gè)單體的反應(yīng)是高反應(yīng)活性的超快過(guò)程，且PIP在水/油界面的擴(kuò)散是不可控的隨意過(guò)程，導(dǎo)致生成的聚酰胺分離層結(jié)構(gòu)不均勻、孔徑分布相對(duì)較寬，難以實(shí)現(xiàn)尺寸相近的分子或離子的高精度篩分。
 

　　聚酰胺薄膜層析是1966年后發(fā)展起來(lái)的一種新層析技術(shù)。由于它具有靈敏度高，分辨力強(qiáng)，快速，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種化合物的分析。
 

　　聚酰胺對(duì)極性物質(zhì)的吸附作用是由于它能和被分離物之間形成氫鍵。這種氫鍵的強(qiáng)弱就決定了被分離物與聚酰胺薄膜之間吸附能力的大小。層析時(shí)，展層劑與被分離物在聚酰胺膜表面競(jìng)爭(zhēng)形成氫鍵。因此選擇適當(dāng)?shù)恼箤觿┦狗蛛x物質(zhì)在聚酰胺膜表面發(fā)生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附的連續(xù)過(guò)程，就能使分離物質(zhì)達(dá)到分離目的。
 

　　以Li+(Stokes半徑：2.4埃)和Ba2+(Stokes半徑：2.9埃)為例，膜對(duì)它們的截留率分別為19%和17%，幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)分離。在本工作中，他們?cè)谟退缑嫣幰胗申庪x子表面活性劑—十二烷基磺酸鈉(SDS)形成的自組裝有序單分子膜，該有序排列的單分子膜極大地改變和調(diào)控了PIP單體的跨界面擴(kuò)散行為。
 

　　具體表現(xiàn)在：1、SDS中帶負(fù)電的磺酸基與弱正電的PIP分子之間形成一定的靜電吸引相互作用，使PIP單體在SDS的磺酸基一側(cè)先預(yù)富集再擴(kuò)散到油相，這使得PIP在界面處的分布變得更均勻，同時(shí)加大的PIP單體在水/油兩相中的濃度梯度進(jìn)一步提高了其擴(kuò)散速率，有利于生成更高交聯(lián)度的聚酰胺分離層；2、SDS有序單分子膜的存在能有效地規(guī)整PIP單體在水/油界面處的無(wú)序擴(kuò)散，同時(shí)分子動(dòng)力學(xué)和第一性原理計(jì)算均表明，PIP單體沿SDS有序單分子膜的跨界面?zhèn)鬏斔杩朔哪軌靖汀?br /> 

　　也就是說(shuō)有序單分子膜促進(jìn)了界面聚合反應(yīng)快速均勻的發(fā)生，進(jìn)而生成的聚酰胺分離層具有更窄分布的均勻孔徑。所獲得的膜對(duì)Li+ 和Ba2+的截留率分別為30%和93%，展現(xiàn)出明顯的篩分分離性能，其分離精度達(dá)到埃級(jí)。
 

　　SARIP被證明是一種調(diào)控單體擴(kuò)單行為進(jìn)而調(diào)控界面聚合反應(yīng)、獲得具有超窄孔徑分布和超高精度分離性能的薄膜復(fù)合納濾膜的有效策略，其基于現(xiàn)有工業(yè)化納濾膜的制備過(guò)程工藝使其大規(guī)模制備成為可能，具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和前景。
 

　　納濾膜的優(yōu)點(diǎn)：
 

　　1. 濃縮純化過(guò)程在常溫下進(jìn)行，無(wú)相變，無(wú)化學(xué)反應(yīng)，不帶入其他雜質(zhì)及造成產(chǎn)品的分解變性，特別適合于熱敏性物質(zhì)。
 

　　2. 可脫除產(chǎn)品的鹽分，減少產(chǎn)品灰分，提高產(chǎn)品純度，相對(duì)于溶劑脫鹽，不僅產(chǎn)品品質(zhì)更好，且收率還能有所提高。
 

　　3. 工藝過(guò)程收率高，損失少4. 可回收溶液中的酸，堿，醇等有效物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用
 

　　5. 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介緊湊，占地面積小，能耗低
 

　　6. 操作簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，穩(wěn)定性好，維護(hù)方便。