近日，2019级硕士研究生郑大渊同学在制备有机溶剂纳滤复合膜领域取得新进展，相关研究成果以“Fabrication of thin-film composite membranes for organic solvent nanofiltration by mixed monomeric polymerization on ionic liquid/water interfaces” 为题在线发表于《Journal of Membrane Science》期刊（SCI一区，IF=7.183）。 

 

  有机溶剂纳滤 (OSN) 是一种新兴的膜技术，可以从有机溶剂中高效分离或回收分子量为200~2000 Da范围内的可溶性小分子，在近年来受到了极大的研究兴趣。与传统的分离技术（如蒸馏、提取、吸附等）相比，OSN技术在分子分离方面具有能耗低、操作简便、易于模块化、设计紧凑、安全性高等优点。其中OSN 技术在石化、制药和食品工业中显示出巨大的潜力，特别是在浓缩热敏溶质方面表现出得天独厚的优势。理想的 OSN 膜不仅应具有耐溶剂性，而且还应具有高度多孔和坚固的支撑结构，在高压下具有较低的溶剂传输阻力，以及具有小孔径且薄的选择性层，实现高渗透率和溶质截留率。其中，薄膜复合 (TFC) 膜是一种很有前景的候选材料，它可以通过界面聚合 (IP) 工艺制备，可在耐溶剂的多孔超滤/微滤基材上形成超薄的聚酰胺选择性层。目前，IP过程中通常采用己烷作为有机相溶剂来制备聚酰胺基 TFC 膜。 然而，正己烷沸点低，是一种神经毒性溶剂，且制备的选择层厚度在100—200 nm之间，对纳滤溶剂的渗透率具有一定影响。

 

  在这项研究中，我们使用离子液体 (IL) 作有机相溶剂，通过界面聚合(IP)工艺来制备聚酰胺/聚(间苯二甲酰间苯二胺) (PMIA)有机溶剂纳滤 (OSN) 的薄膜复合 (TFC) 膜。选择对环境友好的离子液体( [EMIm] [OAc] )溶解PMIA材料形成铸膜液，通过非溶剂诱导相转化的方式制备孔径范围在 7-11 nm 的多孔 PMIA 基膜。而选择性层的制备是在 PMIA 基膜表面上通过水相中的胺类单体（即哌嗪和聚乙烯亚胺）与离子液体( [BMIm] [Tf₂N]) 相中的芳香族酰氯单体（即邻苯二甲酰氯和 1,3,5-苯三甲酰氯）的界面聚合 (IP)合成，并研究了各单体浓度对TFC膜分离性能的影响。结果表明，在 IP 过程中选择合适的混合单体可显著提高OSN膜的渗透率（0.6 vs. 2.15 L m^-2h^-1bar^-1），而不牺牲刚果红的截留率（99.4% 与 99.9%）。重要的是，用离子液体制备的 TFC 膜的渗透性能比用正己烷作为有机相溶剂制备的膜提高了近 3 倍，并且对刚果红和维生素 B12 均保持有高截留率 (>99%)。这种改进可能是由于 离子液体( [BMIm] [Tf₂N])的高黏度降低了单体在有机相中的扩散速度，从而减慢了界面反应，并降低了选择层的交联度，使制备的选择性层更薄（≤40 nm）。对30 ppm的刚果红乙醇溶液经历 54 小时的测试期间，最佳膜还表现出对各种有机溶剂的强耐受性和良好的稳定性。此外，使用回收的离子液体相( [BMIm] [Tf₂N]+TMC)制备的 TFC 膜仍然表现出良好的分离性能。

 

该研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119551