荷电嵌段聚离子液体刷共混多孔膜的构建及其浸润特性研究

浸润性是膜材料表面重要的特性之一，在一定程度上反应了膜的分离效率、使用范围以及抗污染能力等，表面浸润性可控聚合物分离膜的构建对于其在水处理、清洁生产等领域的应用具有重要价值。聚离子液体刷作为一种绿色、荷电、润湿性可逆调节的重要结构单元，非常适合用于膜浸润性的调控。本项目以可聚合型咪唑离子液体和甲基丙烯酸甲酯为反应单体，通过RAFT聚合制备结构可控的嵌段聚离子液体刷共聚物，研究聚合工艺对共聚物的分子组成、分子结构以及分子量等的影响关系。将共聚物与PVDF通过相转化法共混制膜，研究成膜工艺、制膜条件等对共混膜结构和性能的影响规律，综合分析共聚物与PVDF的相分离机理与相互作用关系，以实现膜结构的可控；探索共混膜表面浸润性与膜的粗糙度、化学结构以及对离子交换反应的相互关系，以建立膜表面浸润性可逆调控的关键技术，从而为构建新型结构和性能的膜材料提供理论依据。

近年来，离子液体作为一种新型荷电、可设计性的反应单元，对构建荷电、表面浸润性可控膜材料具有重要意义。本项目以可聚合离子液体（BVIm-Br、MEBIm-Br）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）为反应单体，通过自由基聚合和可逆-加成断裂链转移（RAFT）聚合技术分别合成了两亲性无规共聚物P(MMA-co-BVIm-Br)和嵌段共聚物P(MMA-b-MEBIm-Br)，将其作为膜改性剂，用于聚偏氟乙烯（PVDF）共混超滤膜结构和性能的调控研究；采用红外光谱、核磁共振、凝胶色谱、扫描电镜、zeta电位计和接触角测定仪等对共聚物和膜的结构与性能进行了表征。研究了膜的组成、成膜条件以及无规和嵌段离子液体共聚物对膜结构和性能的影响关系，分析了膜表面荷电性与膜抗蛋白质污染性的关系；通过计算膜的通量、通量恢复率、可逆和不可逆污染率等，探索了共混膜对不同荷电特性蛋白质(BSA,LYZ和OVA)溶液的分离规律。研究了膜的结构、荷电性与膜浸润性的关系，通过阴离子交换（Br-与PF6-与Br-盐等的交换），实现了PVDF膜表面浸润性的可逆调控，制备了具有一定离子敏感性、表面浸润性可逆调控的共混超滤膜。将所制备膜用于染料橙黄G和罗丹明6G的分离和吸附实验，发现共混膜对橙黄G的吸附去除率最高可达99.5%，对罗丹明6G截留率最高为60.5%，表现了良好的染料分离和吸附性能。本项目所制备的PVDF共混膜，具有良好的亲水性、抗污染性和离子敏感性能，通过对阴离子交换，可实现膜表面亲/疏水性的可逆调控。本项目研究为构建具有一定亲水性和离子敏感性的超滤荷电膜提供了重要的基础数据和理论指导，所取得的成果具有很好的应用前景。