聚多巴胺辅助沉积金属诱导微孔聚合物中间层制备单价/二价阴离子盐分离膜

本研究创新性地采用聚多巴胺（PDA）辅助沉积高价位金属诱导微孔聚合物（HMMP-2）构建中间层，通过调控界面聚合（IP）过程制备出超薄（30.02±4.48 nm）致密聚酰胺（PA）分离层。该纳米过滤（NF）膜水通量达20.93±1.13 L·m-2·h-1·bar-1，NaCl/Na2SO4分离因子提升91.42%至62.88±5.40，突破了传统薄膜复合（TFC）膜渗透选择性平衡难题。

　　

Highlight

本研究首次合成新型高价态金属诱导微孔聚合物HMMP-2，通过聚多巴胺（PDA）辅助沉积在聚砜（PSF）超滤膜上构建PDA/HMMP-2中间层。该中间层具有亲水性和粗糙表面，能富集更多哌嗪（PIP）单体调控界面聚合（IP）过程，形成厚度仅30.02±4.48 nm的超薄致密聚酰胺（PA）分离层。HMMP-2的精确孔道结构与PDA的强粘附性协同作用，使优化膜NF-PH(5)水通量提升193.53%至20.93 L·m^-2·h^-1·bar^-1，NaCl/Na₂SO₄分离因子达62.88，突破传统薄膜复合（TFC）膜性能极限。

Materials

三甲基酰氯（TMC，99%）购自J&K Scientific公司，铬(III)硝酸盐（Cr(NO₃)₃·9H₂O）、哌嗪（PIP）和聚乙烯亚胺（PEI，MW=1800 Da）来自阿拉丁试剂公司。聚多巴胺盐酸盐（98%）和三羟甲基氨基甲烷（Tris）由Heowns生物科技提供。

Characterization of HMMP-2

傅里叶红外光谱（FTIR）显示HMMP-2在3410 cm^-1处存在游离氨基（N-H）特征峰，1652 cm^-1和1361 cm^-1分别为羧酸根基团振动峰，证实其可与PDA发生迈克尔加成/席夫碱反应。

Conclusion

PDA/HMMP-2中间层通过三重机制提升膜性能：①调控IP过程形成超薄PA层；②提供垂直水传输通道；③增强界面稳定性。该策略为设计高性能单价/二价阴离子分离膜提供新范式。