北化工秦培勇/司志豪AFM：强界面高分子复合膜

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-02-19 07:48

正文

膜分离技术作为高效节能的共性关键技术受到广泛关注；其中，薄膜复合（TFC）膜基于分离选择层与支撑基底的功能性复合膜结构，在生物能源、生物医药、废水处理等领域发挥着重要作用。然而，传统TFC结构中选择层与支撑基底之间常为物理相互作用，存在界面黏附力差、易溶胀而造成剥离等问题，损失膜性能、缩短寿命；特别是在应对高温、高溶剂浓度或高固含物等极端条件时，层间结构稳定性依然是个挑战。研究团队前期通过层间分子结构设计，制备了超界面稳定的PDMS/PAN复合膜（ Materials Horizons 2024,11, 4681-4688），取得一定的成效；相较而言，PVDF因出色的疏水性更适配PDMS TFC膜，但其固有的化学惰性对定向化学修饰是个挑战。

近日，北京化工大学 秦培勇教授 / 曹鹏飞教授 / 司志豪副教授 作为通讯作者在Advanced Functional Materials期刊上发表了最新论文“Interlayer Assembly of Thin-Film Composite Membranes with Ultra-Interfacial Adhesion”。 论文作者理性设计层间化学键合结构，提出了一种光触发 PDMS/PVDF TFC 层间组装策略， 原位构筑 超界面黏附力和高效分离性能的渗透汽化膜。 该结构的界面黏附力比传统层间物理作用的膜提高了59%，是同类型TFC膜的最高水平；以 60 °C 分离 1000 ppm 苯酚为例，分离因子 8.1和渗透通量2434 g m ^-2 h ^-1 优于同类型PDMS TFC膜。

图1 超界面黏附力TFC膜结构设计

图2 超界面黏附力TFC膜材料表征

图3 界面黏附力性能评价与应力应变模拟

图4 分离性能评价

图5 分离稳定性评价与静电势计算

作者简介：

秦培勇 ，北京化工大学教授，博士生导师，长江学者特聘教授，北京市科技新星，巴黎居里工程师学院院长，长期致力于生物能源和膜分离的基础研究与应用开发。在 Angew. Chem. Int. Ed. 、 Adv. Funct. Mater. 、 Appl. Catal. B: Environ. 、 Small 、 AIChE J. 等高水平期刊上发表SCI论文100余篇，授权发明专利10余项。主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等；获得国家技术发明二等奖、国家级教学成果奖二等奖、侯德榜化工科技创新奖、中石化联合会科技进步二等奖等。

司志豪 ，北京化工大学副教授，硕士生导师，现任 Separation and Purification Technology 、 Polymer Science & Technology 和 National Science Open 青年编委。长期从事生物燃料/生物基化学品分离用膜的开发与应用研究，主持国家自然科学基金青年基金、中国博士后科学基金等，在 Angew. Chem. Int. Ed. 、 Adv. Funct. Mater. 、 Mater. Horiz. 、 Green Chem. 、 ACS Appl. Mater. Interfaces 、 J. Membr. Sci. 等期刊发表论文61篇；授权中国发明专利6项；参与出版英文专著3章。入选北京市科协青年人才托举工程、北京化工大学“博学”青年学者；获得北京膜学会杰出青年成果奖、北京化工大学优秀博士后等。