环境敏感聚醚砜膜

引言聚醚砜膜凭借其优异的综合性能被广泛用于先进分离与生物医用领域.然而，随着各领域对分离过程可控性以及分离精度要求的提高，目前商业化聚醚砜膜越来越难满足现实所需。因此，研究与开发可以感知和响应环境刺激，改变其特性的环境敏感聚醚砜膜是近年来科研人员关注的热点。PART.1聚醚砜膜的改性方法环境敏感聚醚砜膜的制备一般通过物理共混、原位交联、表面改性(涂覆和接枝)、孔填充等方法，引入包括小分子基团、聚合物或者纳米材料等环境敏感组分，实现渗透率、选择性、表面性能等按需调控。共混是构建敏感型聚醚砜膜的方法之一，可以在整个聚醚砜膜体系(膜表面和膜孔)中引入有响应能力的功能组分，但是共混法对功能组分与聚醚砜膜基材的相容性要求较高。原位交联聚合法引入的聚合物分子链会与聚醚砜分子链相互缠绕，具有响应能力的聚合物分子在整个聚醚砜膜体系中均匀分布。孔填充法是在膜孔道中将刺激响应组分交联形成敏感凝胶，通过凝胶的溶胀/收缩控制膜孔的关闭/打开。接枝是在聚醚砜膜表面引入活性反应位点，然后将响应组分接枝在膜表面；表面涂覆相比于接枝则更加简单，直接将有响应能力的组分涂覆到聚醚砜膜表面，构建表面敏感层，但是表面接枝的密度难以有效控制；层层自组装是膜改性中经常使用的方法，一般以静电力、主客体配位、氢键、席夫碱反应等为驱动力，实现膜表面多组分的组装与连接，该方法也存在着实际使用过程中脱落的风险。PART.2酸碱敏感聚醚砜膜

酸碱敏感膜是物化性质展现出明显的pH依赖性的一类膜，是最早受到关注与研究的一类智能膜,目的是实现膜渗透率和选择性的可调可控。膜的酸碱敏感性主要通过引入特定酸碱敏感基团或者聚合物实现，pH的变化可以有效调节功能组分的水合程度、荷电状态等，进而调节聚醚砜膜的表面亲疏水性、荷电性、孔径大小等。

在酸性条件下(环境pH小于功能组分的pKa),酸性基团易质子化，发生疏水转变；在碱性条件下(环境pH大于功能组分的pKa),酸性基团解离，以阴离子形式存在，发生亲水转变.相反，碱性基团在酸性条件下质子化，形成阳离子，发生亲水转变；在碱性条件下，去质子化，发生疏水转变。因此，根据引入的酸碱敏感组分的不同，酸碱敏感聚醚砜膜可以简单的分为酸性敏感膜和碱性敏感膜。酸性敏感膜酸性敏感膜的聚合物分子链在碱性条件下舒展，酸性条件下收缩。以聚丙烯酸(PAA)为例，当pH在其pKa值(4.7左右)附近时，羧酸根会在分子形式(COOH基团)和离子形式(COO-基团)之间切换，导致PAA链段发生可逆的溶胀-收缩行为。碱性敏感膜与酸性敏感膜相反，碱性敏感膜的聚合物分子链在碱性条件下收缩，酸性条件下舒展。制备碱性聚醚砜膜的功能单体主要包括，4-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡啶、咪唑类、叔氨类等。工作总结本季度工作总结的主题是：总结交流，创新务实。希望各位同事在本会议结束后加强本季度对自己的工作总结。PART.3离子敏感聚醚砜膜

离子敏感型聚醚砜膜是一类对环境中离子种类、离子强度有响应能力的膜。将聚电解质、离子液体、两性离子聚合物等离子敏感组分引入聚醚砜膜，是构建这类敏感型聚醚砜膜的基本策略。环境中特定离子的出现/消失，或者离子强度的增强/减弱发生改变，导致聚合物物化性质的变化，最终膜的亲疏水性、孔径与孔隙率、选择透过性等随之改变。

利用孔填充法，在聚醚砜微滤膜孔道内填充离子液体聚合物凝胶(PIL-Gel),通过阴离子交换改变PIL-Gel阴离子对，实现膜对水透过性能的开-关效应。如图所示，当阴离子为氯离子(Cl-)时，凝胶亲水溶胀，膜孔关闭；当阴离子交换为双三氟甲烷磺酰亚胺(TFSI-)时，凝胶疏水收缩，膜孔打开。基于此，可以对聚醚砜膜水通量的控制，实现在0～3.78mL/(m2·h·Pa)的水的透过率的调节。

除了离子液体聚合物，两性离子聚合物对离子强度敏感的特性也受到关注。水溶液状态下，由于阴、阳离子基团之间的电荷相互作用，两性离子聚合物容易堆积；在盐溶液中，游离的阴、阳离子会与聚合物的阴、阳离子基团发生静电相互作用，起到电荷屏蔽的作用，有助于分子在溶液中的伸展。PART.4温度敏感聚醚砜膜

温度敏感膜是指对外界温度变化产生响应的膜.为了赋予聚醚砜膜温度敏感性，聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)、聚N-乙烯基温度敏感膜是指对外界温度变化产生响应的膜。为了赋予聚醚砜膜温度敏感性，聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)、聚N-乙烯基特性的聚合物被引入到聚醚砜膜中，响应环境温度的变化，影响膜的结构和性能。

在生物医用领域，PNIPAM由于其转变温度非常接近人体温度，备受偏爱.He等在聚醚砜膜表面合成了PNIPAM凝胶，负载纳米银。在37℃,膜表面疏水的PNIPAM可以有效的黏附细菌，随后通过纳米银将细菌杀死，当温度降低至4℃时，膜表面PNIPAM由疏水变为亲水，从而将细菌成功脱除。在聚醚砜膜表面构筑含有PNIPAM以及季铵盐聚合物(PDMC)的凝胶层，通过调节温度，可以控制凝胶层内季铵盐聚合物的“暴露”与“隐蔽”,达到杀菌-抗污性能的切换.在水处理领域，在静电纺丝聚醚砜膜中引入了温敏的PDMAEMA组分，当环境温度升高时，膜对铜离子(Cu2+)吸附逐渐增强，实现在不同环境温度下对重金属离子的选择性吸附。PART.5光敏感聚醚砜膜

光敏感膜是在光刺激作用下，膜的物化性能会发生变化的一类膜的统称。光具有绿色清洁、高效和高度时空精准性等优点，光敏感膜的研发被认为是一种能够实现膜过程精准可控的潜在方向之一。近年来，一系列光敏感聚醚砜膜在实验室进行研究，从紫外区-可见光区-近红外区均能做出响应。偶氮苯能够响应光波长变化发生顺-反异构转变,反式结构的偶氮苯可与β-环糊精(β-CD)形成嵌套复合物，紫外光照后，偶氮苯结构变为顺式，与环糊精发生解嵌套行为。基于此，如图所示，利用偶氮苯与环糊精相互作用的光敏感性，分别合成了β-CD和偶氮苯修饰的聚醚砜分子，制备光敏感聚醚砜膜。通过紫外-可