浙江大學徐志康教授團隊Angew:烷烴-離子液體界面聚合制備納米聚酰胺薄膜


來源:X-MOL資訊


界面聚合是兩種高反應性單體在兩種互不相溶的溶劑界面處發生的聚合反應。界面聚合因其獨特的反應場所和高效穩健的特性,已被廣泛應用于各種功能聚合物的合成。其中,通過界面聚合制備的聚酰胺薄層復合膜在海水淡化等分離領域取得了巨大成功,為解決人類水資源短缺問題提供了希望。


這種聚酰胺分離膜的制備,通常是將二官能度胺類單體溶于水中,三官能度酰氯單體溶于在機溶劑中,使兩單體在有機溶劑-水界面上發生聚合反應,合成交聯的聚酰胺納米薄膜。然而,常規的有機溶劑-水體系必須使用水溶性胺類單體,導致大量擁有獨特分子結構和理化性能的非水溶性胺類單體無法用于聚酰胺納米薄膜的制備,這限制了特定任務分離膜的開發。此外,界面上水的存在將不可避免地引起酰氯水解副反應,使薄膜交聯度降低,產生缺陷。

近日, 浙江大學徐志康團隊提出了一種 基于烷烴-離子液體溶劑體系的界面聚合反應。離子液體是液態有機熔鹽,具有優良的溶解能力和化學穩定性,這使很多非水溶性胺類單體能夠用于聚酰胺納米薄膜的合成,同時避免酰氯單體水解。

浙江大學徐志康教授團隊Angew:烷烴-離子液體界面聚合制備納米聚酰胺薄膜的圖1

圖1. 烷烴-離子液體界面聚合示意圖以及所得聚酰胺薄膜。圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

研究者通過熱力學分配計算、擴散動力學監測以及薄膜結構表征,證明了這種新型界面聚合反應由酰氯擴散進入離子液體中與胺類反應而進行,而不是像常規的有機溶劑-水界面聚合,由胺類擴散進入有機溶劑相發生反應。這種機制給出了該界面聚合體系的膜厚調控方案,即提高胺類單體濃度和降低酰氯單體濃度能夠有效降低膜厚。

浙江大學徐志康教授團隊Angew:烷烴-離子液體界面聚合制備納米聚酰胺薄膜的圖2

圖2. 界面聚合擴散機理研究。圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

進一步,研究者通過精細選擇單體種類、調控單體濃度,制備出了一系列孔徑在埃尺度可設計的高交聯度超薄聚酰胺納米薄膜(厚度低至4.3 nm,交聯度可達96.2%),這些薄膜在水相反滲透、水相納濾、有機納濾和氣體分離領域表現出高滲透性和選擇性。

浙江大學徐志康教授團隊Angew:烷烴-離子液體界面聚合制備納米聚酰胺薄膜的圖3

圖3. 可設計孔徑的聚酰胺納米薄膜的分離性能。圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.

這一成果近期發表在 Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是浙江大學博士研究生 劉暢和杭州師范大學青年教師 楊靜博士。


原文鏈接:

https://doi.org/10.1002/anie.202103555


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