共价有机聚合物限域界面聚合制备高渗透抗污染型反渗透膜

本研究创新性地采用预成型共价有机聚合物(PCOP)层调控界面聚合(IP)过程，成功制备出具有梯度均匀结构和平滑表面的反渗透(RO)膜。该策略通过p-苯二胺(Pa)与2,4,6-三甲酰基间苯三酚(Tp)预反应形成PCOP层，将传统IP的剧烈反应转化为可控过程，使膜材料在保持98% NaCl截留率的同时，水通量提升2-3倍，并显著增强抗污染性能。该研究为突破传统薄层复合(TFC)膜工业化生产瓶颈提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过引入预成型共价有机聚合物(PCOP)层开发了创新型界面聚合策略，制备出具有均匀分离层和平滑表面的高性能反渗透(RO)膜。PCOP层有效抑制了界面聚合(IP)副产物导致的纳米空腔形成和表面粗糙化，促使形成均质互穿的聚酰胺网络。

材料特性与表征

如图2所示，通过Tp与Pa反应在基底表面生成约173nm厚的PCOP层。红外光谱和高分辨率XPS C1s谱显示，该聚合物层中的C=C、C-N和C=O化学基团证实了酮式TpPa共价有机聚合物的成功构建。这种完整的聚合物结构为后续可控界面聚合提供了理想反应平台。

形态学突破

形态学表征表明，改性膜的表面粗糙度比传统薄膜复合(TFC)膜降低近一个数量级。原子力显微镜(AFM)显示均方根粗糙度(Rq)从常规膜的85.6±12.3nm降至9.8±2.1nm。透射电镜(TEM)证实分离层形成梯度密度结构，上层为致密聚酰胺网络，中层呈现PCOP-聚酰胺互穿结构，下层保持多孔特征。

性能优势

膜性能测试显示：

1. 水通量达3.2±0.3 L·m^-2·h^-1·bar^-1，是传统TFC膜的2.5倍

2. NaCl截留率稳定在98.2±0.5%

3. 抗污染测试中，牛血清蛋白(BSA)吸附量减少76%

4. 连续运行120小时通量衰减率<7%

作用机制

PCOP层通过三重机制发挥作用：

1. 消耗部分Pa单体，降低后续IP反应剧烈程度

2. 有机相浸润形成"分子筛"结构，引导TMC定向扩散

3. 抑制HCl气体逸出，避免形成随机分布的纳米空腔

Conclusion

该工作提出的PCOP限域IP策略，通过重构反应界面动力学过程，实现了反渗透膜结构-性能的协同优化，为高性能膜材料的工业化制备提供了新范式。