真空抽滤辅助界面聚合的再思考 (J. Colloid Interface Sci., 2024, 655, 327-334)
真空抽滤除可以在简单过滤过程中实现对固体的截留外，也可以同时实现液体在多孔基底内部的均匀分布，从而使其具有在典型界面聚合体系下制备薄层复合膜的潜力。这里，我们在前期证明真空抽滤辅助界面聚合（VAIP）可行性工作的基础上，通过与传统的空气晾干法进行对比，进一步从基底的普适性、聚合单体适用的浓度范围以及复合膜的性能重现性等方面论证了真空抽滤辅助法在制备聚酰胺薄层复合纳滤膜方面的优势。相较于空气晾干法，真空抽滤法能够为界面聚合反应提供更加理想的界面条件，使得我们可以在不同的微滤基底（聚醚砜、尼龙、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素和混合纤维素酯）以及更宽的浓度范围条件下制备得到性能良好且可重复的聚酰胺薄层复合纳滤膜。在极低的 PIP 浓度（0.0250 wt%）下，制备得到的厚度15 nm的聚酰胺薄层复合膜对 Na2SO4的截留率超过 98.8%，水通量在25.8 L·m-2·h-1·bar-1。
图1 VAIP和传统空气晾干法界面聚合的差异
在不同种类的基底上，真空抽滤法使多孔基底能够吸附更多的PIP溶液，并使制备得到的聚酰胺层具有更加均匀平整的表面，同时其分离性能也相对更高更稳定，表明真空抽滤法具有广泛的基底普适性。
图2 a）不同种类基底上通过真空抽滤法和空气晾干法处理的PIP溶液吸附情况；b-d）不同种类基底以及通过两种方法在其上制备得到的聚酰胺薄层复合膜的表面SEM图像；e-f）两种方法制备得到复合膜的纳滤性能
真空抽滤辅助界面聚合在0.1000 wt%至0.0250 wt%的单体浓度范围内制备得到的聚酰胺薄层复合膜具有几乎稳定的Na2SO4截留率，其渗透性会随着膜厚的降低而逐渐增加，表明真空抽滤法具有宽阔的单体浓度选择范围。
图3在0.1000wt%、0.0750wt%、0.0500wt%、0.0250wt%、0.0100wt%和0.0075wt%的PIP浓度下，通过两种方法制备的聚酰胺薄层复合纳滤膜的a）厚度和（b）纳滤性能
分别从单体重复使用性、大膜均一性以及长期稳定性对真空抽滤辅助界面聚合制备的聚酰胺薄层复合膜进行了评价，结果表明真空抽滤辅助界面聚合在复杂情况下均具有很好的性能重现性。
图4 a）单体重复使用的方法示意图以及b）由回收单体制备的聚酰胺薄层复合纳滤膜的性能。
图5 a）直径为30cm的聚酰胺薄层复合纳滤膜的数码照片和取样位置、b）不同位置处的纳滤性能及其c）长期稳定性
从操作效率、基底普适性、单体浓度范围、分离性能和性能重现性五个角度对真空抽滤法与空气晾干法进行了全面比较，结果显示真空抽滤法全面优于空气晾干法。
图6 真空抽滤法与空气晾干法的综合评价
相关成果以“Polyamide nanofiltration membranes by vacuum-assisted interfacial polymerization: Broad universality of Substrate, wide window of monomer concentration and high reproducibility of performance”为题发表在Journal of Colloid and Interface Science上。论文的共同第一作者为硕士研究生方煜和博士后朱城业，通讯作者为浙江大学高分子科学与工程学系徐志康教授。该项工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和浙江省自然科学基金的资助。