MDPI|超支化交聯的S-SEBS嵌段共聚物滲透汽化脫鹽膜

2021-01-08 騰訊網

西安交通大學化學工程與技術學院的李娜教授課題組與澳大利亞聯邦科學與工業研究組織 (CSIRO) 的謝宗麗高級研究員近期在Membranes期刊合作發表了題目為「Hyperbranch-Crosslinked S-SEBS Block Copolymer Membranes for Desalination by Pervaporation」的文章。

原文作者簡介

李娜

西安交通大學化學工程與技術學院教授，博士生導師。主要從事化工分離過程、反應-分離一體化研究，包括高分子膜材料合成及膜分離過程、新型分離材料與技術、酶催化反應製備光學純對映體、製冷劑水合物相變蓄冷材料、界面化學等研究。

謝宗麗

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織 (CSIRO) 高級研究員，澳大利亞膜協會理事。主要研究方向包括工業排放控制的環境催化，催化除臭，膜材料和工業廢水和水淨化的工藝開發。曾獲得CMSE首席的創新獎 (2009年)，維多利亞大學校長優秀研究引用獎 (2013年) 和CSIRO Julius Career獎 (2019年)。現擔任MDPI期刊Membranes編輯委員。

滲透汽化 (PV) 脫鹽是一種新型脫鹽技術，在處理高濃度鹽水時具有獨特優勢。磺化芳香族聚合物 (SAP) 作為一種親水性材料，其內部可自發形成納米傳輸通道，應用於PV脫鹽時有望獲得較高的水通量，且SAP膜水通量隨磺化度的提高而增加。然而高磺化度SAP膜容易因過度溶脹而失去機械性能，為延長使用壽命，往往對其進行交聯改性。超支化聚合物 (HBP) 作為一種優良的改性材料，其末端具有大量活性官能團可供交聯，分子內部的疏鬆空腔及孔道能夠使溶劑分子自由通透，有助於兼顧高通量和高截留率。本工作採用端羥基芳香族超支化聚酯 (H302) 作為交聯劑，通過氫鍵交聯與熱交聯，對磺化聚苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯 (S-SEBS) 滲透汽化膜進行交聯改性，考察了不同交聯條件對S-SEBS微結構及膜性能的影響。

當通過簡單物理共混的方式，向S-SEBS中引入端羥基超支化聚酯 (H302) 後，小角X射線散射 (SAXS) 結果表明，加入端羥基超支化聚酯能夠有效拓展膜的親水區，提高膜內含水率。同時，超支化聚酯的端羥基與S-SEBS的磺酸基團間的氫鍵作用可使幹膜的拉伸強度提高87%。然而隨著膜內含水率的提高，其溶脹度隨之增大。

為進一步提高交聯網絡的穩定性，研究人員採用熱處理的方式使端羥基超支化聚酯與S-SEBS發生熱交聯反應，通過紅外、差示掃描量熱儀、元素分析等手段證實了交聯反應的發生。實驗結果表明，熱交聯形成了緻密的網狀網絡，使膜的拉伸強度提升140-200%，溶脹度下降45%-70%。當H302與S-SEBS質量比為0.15:1，交聯溫度為100℃時，在處理濃度為5wt%的濃鹽水時，通量可達9.34 kg·m-2·h-1，截鹽率可達99.9%以上。

Membranes (ISSN 2077-0375;IF 3.094) 是MDPI組織出版的國際型開放獲取期刊，出版與膜科學相關基礎理論和應用方面的科技論文。期刊研究範圍涵蓋非生物膜和生物膜科學和技術，包括膜動力學，膜的製備和表徵及其在化工、環境、能源、醫學和食品工業中的應用等方向，包括膜化學、物理、工程和生物學等研究領域。目前期刊已被SCIE (Web of Science)，Scopus，Ei Compendex，SciFinder (CAS) 和Polymer Library等資料庫收錄。Membranes採取單盲同行評審，一審審稿周期約為11.5天，文章從接收到發表上線僅需2.7天。

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