随着现代工业的高速发展,发展高能效的精准分离材料和技术,实现离子、分子尺度的精准分离 对能源、水、化 工、 制药 等领域 将产生变革性 的 影响 ,是我们迫切需求和不断追求的目标。膜分离具有能耗低、分离条件温和、易于操作等优点,已广泛应用于工业化大生产和日常生活的各个领域。 然而,制备具有高度均 一孔径的纳孔 膜 材料,实现离子或小分子化合物的精准分离仍面临巨大 挑战 。为实现这一目标,近年来发展了一系列基于一维纳米材料(如碳纳米管等)、二维纳米材料(如石墨烯等)、水通道蛋白等为代表的新型膜材料,但这些新型膜材料在实际应用中仍面临着难以大规模制备、长效稳定性差以及成本高等问题。 近期, 中国科学院苏州纳米所靳健研究员课题组 与 美国范德堡大学林士弘教授课题组合作,设计开发了一种 利用 表面活性剂自组装有序单分子膜 调控 界面聚合过程( 即 surfactant-assembly regulated interfacial polymerization, or SARIP ) 制备 具有超窄孔径分布 的 薄膜复合纳滤膜 ( TF C-NF )的策略,实现了亚埃级的分子 / 离子的高精度分离 。该研究成果 近 日以 “Polyamide Nanofiltration Membrane with Highly Uniform Sub-nanometre Pores for Sub-1 Precision Separation” 为题发表在自然出版集团旗下的 《 Nature Communications 》杂志上。 界面聚合法是目前最有效的大规模制备 TF C-NF 的方法,同时也是工业化纳滤膜生 产 的 主要 方法。在 传统 界面聚合反应中,溶于水相 中 的二胺 ( PIP ) 单体扩散进入含有酰氯 ( TMC ) 的油相 中 ,在水油界面处发生聚合反应生成聚酰胺分离层 (图 1a )。 由于 这两个单体的 反应 是 高反应活性 的超快过程,且 PIP 在水 / 油界面的扩散是 不可控的随意过程 ,导致生成的聚酰胺分离层结构不均匀 、 孔径分布相对较宽 (图 1c ) ,难以实现 尺寸相近的分子或离子的高精度筛分(图 1 e )。
该论文第一作者为美国范德堡大学与中国科学院苏州纳米所联合培养博士研究生梁元喆。朱玉长副研究员、靳健研究员和林 士 弘教授为论文的共同通讯作者。该工作 得到 苏州大学李有勇教授 、台湾中原大学李魁然教授、台湾科技大学洪伟松教授 以及美国耶鲁大学 Menachem Elimelech 教授 的通力合作,同时 得到国家 自然科学基金 相关人才计划( 51625306 ) 、 国家自然科学基金基础科学中心( 21988102 )和青年科学基金( 51603229 )等项目的支持。