基于两亲嵌段共聚物的孔径单分散功能分离膜

开发孔径单分散的膜分离材料，以实现在维持高通量的同时得到接近100%选择性的"理想"分离，是分离膜领域的核心研究内容之一。利用嵌段共聚物微相分离产生规整纳米结构的原理，制备孔径单分散分离膜是刚刚起步但极具潜力的的新方法。本项目提出以适用于膜分离过程的两亲嵌段共聚物为成膜材料、选择性溶胀成孔为致孔方法的制备孔径单分散功能分离膜的新思路。拟先设计合成一系列窄分子量分布的聚丙烯腈基两亲嵌段共聚物，经微相分离，得到尺寸均一的分相结构，再用选择性溶剂在极性分散相致孔，制备同时具有高分离精度和刺激响应等智能特性的多重功能性分离膜。将深入研究共聚物的微相分离过程和分相形貌、选择性溶剂与各嵌段的相互作用规律，以及极性嵌段溶胀、干燥收缩成孔的过程，揭示选择性溶胀成孔的机理，以推动选择性溶胀法制备孔径单分散功能分离膜方法的发展。

分离膜的孔道结构、孔径大小、尺寸分布和表面性质直接决定膜的分离性能。开发孔径均一、表面功能化的分离膜是提高膜分离精度，扩展膜分离技术应用领域的重要途径。本项目提出以两亲嵌段共聚物（block copolymer, BCPs）为原材料，选择性溶胀为致孔方法的孔径规整的功能分离膜的制备新方法。合成了不同种类、不同嵌段比的两亲嵌段共聚物；以共聚物纳米纤维为模型体系，研究了在极性溶剂作用下，溶胀开孔的过程和形貌演变规律；并将BCP薄膜与大孔基膜复合，制备了以溶胀开孔的BCP膜为分离层的复合膜，考察了溶胀条件对复合膜有效孔径的调节作用、复合膜的刺激响应特性及其选择性分离性能。通过溶剂退火调节BCP膜层分相，再经选择性溶胀，获得了具有均一孔道、孔道垂直贯穿整个BCP层的高度有序多孔膜。另外，利用原子层沉积（atomic layer deposition, ALD）实现了对共聚物多孔膜孔径的精密调节。项目研究成果已在Adv Mater、Nano Lett、ACS Nano等期刊上发表SCI论文12篇（项目负责人均为通讯联系人），申请国家发明专利9件，其中3件已获授权，全面完成预定的研究任务，为分离膜多孔结构的精准构筑和调变提供了新方法。