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浙工大高從堦院士團(tuán)隊(duì) ACS Macro Lett.：可回收嵌段共聚物構(gòu)建高穩(wěn)定均孔膜
2024-03-20  來源：高分子科技

  分子的精準(zhǔn)、快速分離是構(gòu)建下一代高性能分離膜的核心目標(biāo)。具有均一孔徑、窄孔徑分布的均孔膜是實(shí)現(xiàn)兩者高水平兼顧的理想膜材料。因其鏈段間較強(qiáng)的相排斥力和顯著的pH智能響應(yīng)性，PS-b-P4VP（PS4VP）被廣泛應(yīng)用于均孔膜的制備與分離應(yīng)用研究。然而，作為典型聚電解質(zhì)，成孔嵌段P4VP在強(qiáng)酸下容易發(fā)生劇烈溶脹，導(dǎo)致了均孔結(jié)構(gòu)的不可逆破壞與變形，限制了PS4VP基嵌段共聚物均孔膜在長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性、耐用性。同時(shí)，PS4VP基嵌段共聚物均孔膜耐溶劑性較差，難以應(yīng)用于有機(jī)溶劑分離體系中。


  交聯(lián)作為一種提高均孔膜穩(wěn)定性的策略被經(jīng)常用于提高其穩(wěn)定性；谔-碳單鍵構(gòu)建的化學(xué)交聯(lián)往往能十分有效地提高均孔膜的穩(wěn)定性，但是這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)不可逆且難以切斷，導(dǎo)致成膜所用的昂貴嵌段共聚物難以回收再利用。



  為解決以上問題，浙江工業(yè)大學(xué)膜水研究院高從堦院士團(tuán)隊(duì)通過活性RAFT聚合，在PS鏈段引入含羥基活性單體，然后通過酯化反應(yīng)在側(cè)鏈上引入二硫戊環(huán)（圖1）。通過SNIPS獲得的均孔膜，在三氯化鐵催化氧化下，均孔膜中形成了高交聯(lián)度的二硫鍵網(wǎng)絡(luò)，這一交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成顯著提高了均孔膜的耐pH性、耐溶劑性與力學(xué)性能。并使得均孔膜在強(qiáng)酸浸泡過后，仍舊保持優(yōu)異的分離穩(wěn)定性。重要的是，該動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在賦予均孔膜高穩(wěn)定性的同時(shí)，還能夠在含二硫蘇糖醇的溶液中實(shí)現(xiàn)可控斷裂，實(shí)現(xiàn)了嵌段共聚物的高效回收（圖2）。不僅如此，這些被回收的嵌段共聚物可以重新制備成具有相近孔徑和力學(xué)性能的均孔膜，體現(xiàn)了上述嵌段共聚物及其均孔膜良好的循環(huán)經(jīng)濟(jì)特征。 


圖1 嵌段共聚物合成過程及其形成的均孔膜形貌


圖2 嵌段共聚物的可控回收和重新成膜


  該工作以“Reversibly Cross-Linked Isoporous Membranes Fabricated by the Recyclable Block Copolymer with Pendent Dithiolane Groups”為題在《ACS Macro Letters》上發(fā)表。以上工作是在高從堦院士/易磚副研究員指導(dǎo)下完成，文章第一作者是舒哲博士（目前在香港大學(xué)交流訪學(xué)），通訊作者為易磚副研究員。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（22178311）等項(xiàng)目支持。


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsmacrolett.4c00072

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