據(jù)悉，能用于分離亞納米尺寸的低/高價離子的膜需要具有極高的分離精度及選擇性。目前，常通過在壓力驅(qū)動的膜中構(gòu)建設(shè)計良好的離子選擇性納米通道來滿足這一需求。界面聚合（IP）方法作為一種最成熟、最節(jié)能的無缺陷聚酰胺（PA）膜制備技術(shù)常被用于構(gòu)建離子選擇性納米通道。然而，傳統(tǒng)的納米材料由于多分散性、尺寸為幾十納米、與PA基體的界面相容性差以及缺乏足夠的可電離基團，故很難構(gòu)建具有高滲透性和高分離精度的離子選擇性納米通道。
為解決這一難題，浙江大學(xué)朱寶庫教授與丹麥工程技術(shù)大學(xué)Claus Hélix-Nielsen教授通過界面聚合將離子型聚酰胺胺(PAMAM)樹狀大分子引入PA膜中制備了新型PA膜材料。實現(xiàn)了對亞納米尺寸離子的高精度、高效率和高穩(wěn)定性分離。在此，作者還分析了離子篩選/傳輸機制。該工作以題為“Ionic Dendrimer Based Polyamide Membranes for Ion Separation” 發(fā)表在《ACS Nano》上。
圖1 (a)離子型PAMAM樹狀大分子的合成示意圖。(b)低價/高價離子通過PA膜的篩選/傳輸機制示意圖(未摻入PAMAM樹狀大分子的PA膜和分別摻入PAMAM G5-NH2、PAMAM G5-TAC和PAMAM G5-PS的PA膜，依次表示為PIP-only、G5NH2/PIP、G5-TAC/PIP和G5-PS/PIP)。
文章亮點：
1、該膜包含內(nèi)部(分子內(nèi)空隙)和外部(離子型PAMAM樹狀大分子和PA基質(zhì)之間的界面空隙)納米通道，可用于水分子的快速傳輸。
2、離子型PAMAM樹狀大分子的亞-10納米尺寸及其在PA納米膜中的梯度分布是成功形成無缺陷的PA納米膜的關(guān)鍵因素。
3、離子型PAMAM樹狀大分子將可電離基團附著在納米通道的外部，增強了離子篩選/傳輸過程中的Donnan效應(yīng)，降低了離子分離性能對孔徑變化的敏感性。
4、與當前最先進的膜相比，所得離子型PAMAM樹狀大分子PA膜具有較高的單鹽選擇性、高效性、長期穩(wěn)定性和化學(xué)清洗耐受性，可應(yīng)用于各種實際應(yīng)用領(lǐng)域，如水凈化、醫(yī)療保健、能量轉(zhuǎn)換和化學(xué)工業(yè)。
圖3 PA納米膜的正反面形貌的場發(fā)射掃描電子顯微鏡表征圖和PA膜結(jié)構(gòu)的示意圖。
浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師。2001年9月起在浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程系任教；2007年晉升教授；2008年晉升博士生導(dǎo)師，入選浙江省“151”計劃培養(yǎng)人才；現(xiàn)任高分子科學(xué)研究所副所長，“教育部膜與水處理技術(shù)工程研究中心”副主任，浙江省膜產(chǎn)業(yè)協(xié)會副理事長，中國膜工業(yè)協(xié)會常務(wù)理事及醫(yī)藥生物膜專委會主任，醫(yī)藥生物膜技術(shù)專業(yè)委員會主任，中國儀表功能材料學(xué)會常務(wù)理事等，《水處理技術(shù)》、《膜科學(xué)與技術(shù)》和《功能材料》編委。
主要研究方向為兩親性高分子設(shè)計與合成、高分子膜材料設(shè)計與制備、鋰離子電池隔膜與鋰離子電解質(zhì)、膜法水處理技術(shù)等。負責完成/在研“863”、“973”計劃課題/子課題、國家自然科學(xué)基金、浙江省科技計劃重點項目、企業(yè)重大研發(fā)課題等20余項，獲國家、省級科技進步獎5項；其中，負責研發(fā)的聚醚砜及纖維素平板醫(yī)用膜、PVC中空纖維超濾膜等實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，支持形成生產(chǎn)產(chǎn)值20億元。在J. Mater. Chem. A、Langmuir、Macromol. Rapid Commun.、J. Membr. Sci.、Polymer等國內(nèi)外期刊發(fā)表研究論文300余篇（他引次數(shù)6000次以上），H-指數(shù)為44，參與編寫專著5部，申請/獲得發(fā)明專利80余項，培養(yǎng)畢業(yè)研究生50余人，在讀研究生15人，講授“高分子研究方法導(dǎo)論”、“高分子膜材料”、“功能高分子材料”等研究生與本科生課程。
