醚键修饰芳香聚酰胺骨架结构对脱盐膜水/盐渗透选择性的调控机制研究

本文系统研究了醚键引入对芳香聚酰胺（PA）脱盐膜水/盐传输性能的影响机制。通过4,4'-氧联二苯胺（ODA）和1,4-双(4-氨基苯氧基)苯（TPE-Q）等醚键单体与间苯二甲酰氯（IPC）共聚，发现醚键增加会降低水合态聚酰胺的玻璃化转变温度（Tg），提升非冻结水含量从而增强水渗透性（Pw），但Pw/Ps选择性轻微偏离Robs线。研究为设计高性能反渗透（RO）/纳滤（NF）膜提供了分子层面的理论依据。

　　

Highlight

本研究首次系统阐明了醚键修饰对芳香聚酰胺（PA）脱盐膜本征水/盐传输特性的影响规律。通过将柔性醚键单元（如ODA和TPE-Q）引入传统刚性聚酰胺骨架，实现了对材料亲水性、自由体积和非冻结水含量的精准调控，为突破脱盐膜"渗透性-选择性"权衡效应提供了新思路。

Polymer properties characterization

采用低温溶液缩聚法合成的醚键化聚酰胺经¹H NMR验证（图2a），在10.46 ppm和10.51 ppm处出现酰胺键特征峰。差示扫描量热（DSC）分析显示，随着醚键含量增加，水合态聚合物的T_g从125°C（MPD-IPC）显著降至89°C（TPEQ-IPC），这是由于醚键削弱了分子间氢键作用。动态力学分析（DMA）进一步证实，醚键引入使聚合物链段运动能垒降低，自由体积分数增加12-18%。

Conclusion

研究表明：①醚键含量与T_g降低呈线性关系，每增加1个醚键单元可使水渗透系数提升23%；②非冻结水含量决定盐传输速率，TPEQ-IPC膜的非冻结水占比达41%时，NaCl渗透系数升高1个数量级；③在低盐浓度下，Donnan效应主导盐吸附行为。该工作为开发兼具高水通量（>3.5 L m^-2 h^-1 bar^-1）和高截盐率（>99%）的下一代脱盐膜提供了分子设计策略。