通过反向界面聚合在疏水性PVDF和PTFE基底上构建纳滤膜

聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）多孔膜是制备耐溶剂性更强的薄膜复合（TFC）聚酰胺（PA）膜的理想基材。然而，由于PVDF和PTFE材料的疏水性，通过传统的界面聚合（IP）在PVDF和PTFE基材上构建PA表皮层仍然很困难。

为了应对这一挑战，提出了一种反向IP工艺，在PVDF和PTFE基材上构建无缺陷的PA表皮层，其中疏水性PVDF和PTFE基材被有机相浸泡，以确保反应溶液均匀覆盖在基材上。这种新策略可以有效地解决传统IP工艺中疏水性基材上水相润湿不均匀的问题。由此产生的TFC膜（即M和M _{rev-PVDF rev-PTFE} ）在水溶液和有机溶液中都表现出优异的纳滤（NF）性能。M 和 M 的 MgCl ₂ 截留率为 96.12% 和 95.17%，水渗透率分别为 12.8 LMH/bar 和 11.2 LMH/bar（M _{rev-PTFE rev-PVDF rev-PTFE} 被 DMF 激活）。进一步表明，在溶剂渗透率超过3.3 LMH/bar的甲醇溶液中，M和M _{rev-PVDF rev-PTFE} 还可以截留99.4%和98.5%的刚果红，同时它们在其他极性质子溶剂中也表现出色。因此，本工作为在疏水性基底上构建高性能TFC PA膜打开了一扇新窗口，拓展了TFC PA NF膜的应用范围。

纳滤（NF）技术是一种压力驱动的膜工艺，可以有效分离200-2000 Da的溶质，由于分离效率高、能耗低，广泛应用于各种分离纯化工艺。目前，通过界面聚合（IP）制备的薄膜复合（TFC）聚酰胺（PA）NF膜已成为NF市场的标杆[3]。在TFC PA NF膜的典型制造工艺中，多孔聚砜（PSF）或聚醚砜（PES）基材用间苯二胺（MPD）或哌嗪（PIP）水相浸泡，作为胺单体储量和机械载体，然后三苯酰氯（TMC）有机相与基底接触，与胺单体反应，形成PA分离层[4]。由于基材的有机溶剂稳定性有限[5]，该类NF膜的应用仅限于成分简单的水性体系，无法满足制药、食品和精细化工行业中可能含有有机溶剂的分离需求。开发耐溶剂NF（STNF）膜是近年来扩大NF膜在含有机溶剂分离体系中的应用的研究重点之一。

TFC NF膜的活性层是交联PA，具有优异的耐溶剂性。因此，选择耐溶剂的基材来构建TFC膜是获得STNF TFC膜的关键。聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）多孔膜由结晶PVDF和PTFE材料制成，对有机溶剂具有很高的耐受性，因此在有机溶剂环境中表现出优异的稳定性。它们是制造耐溶剂TFC膜的有吸引力的基材。然而，根据已有的研究，由于基底起着单体储层的作用，因此基底性质，特别是表面孔径分布和亲水性，对IP工艺有显著影响。具有大而不规则表面孔隙的疏水性基材会导致水相单体供应不均匀，从而在活性层上产生缺陷。因此，由于氟化材料固有的疏水性和不规则的孔隙结构，在PVDF/PTFE多孔膜上构建无缺陷的PA表皮层具有挑战性。

为了克服上述缺点，人们致力于改变PVDF和PTFE多孔基材的表面性能，使PVDF/PTFE多孔基材适应IP工艺。常见的策略包括在不同气氛下进行等离子处理以增强基材亲水性、表面涂层、进行两次IP反应以修复缺陷和构建夹层。其中，创建层间方法以在PVDF/PTFE基材上构建另一层，以调整基材表面的孔径分布和亲水性一直是最流行的策略。夹层材料包括纳米颗粒、纳米线或纳米管、纳米片和聚多巴胺（PDA）/多酚。它们通过真空过滤、涂层、原位生长等沉积在 PVDF/PTFE 基材上。这些夹层功能的共同点是缩小表面孔径，提高亲水性，构建天沟层，产生足够的水相供应，有利于无缺陷PA层的形成，避免PA层夹杂在基材的孔隙中。

综上所述，所有这些策略都集中在提高PVDF/PTFE基材上水相的润湿性上，并且改性程序复杂且不容易实现。众所周知，用于溶解TMC的有机溶剂具有低表面张力，可以很容易地将PVDF和PTFE基材完全浸入其中。因此，颠倒传统的IP程序，即在与水相接触之前将基材浸泡到有机相中（反向IP），可以有效解决水相对PVDF/PTFE基材的润湿性较弱的问题。在前人的研究中，Li等利用反向IP方法构建了以聚乙烯亚胺（PEI）为单体溶于丙酮中的高正电荷NF膜，该膜对Mg ²⁺ /Li表现出优异的选择性 ⁺ ;Shen等[22]首先使有机相单体接触明胶-层间修饰的底物，以调节IP反应，获得超薄、皱褶和无缺陷的表皮层。这些结果表明，反向IP可以保证所得膜的分离性能。因此，在这项研究中，采用反向IP方法在商用PVDF和PTFE微滤膜上构建PA表皮层。PEI/PIP和TMC分别用作水相单体和有机相单体。对传统IP和逆向IP工艺制备的膜在水溶液中的性能和分离性能进行了全面比较。随后，研究了通过反向IP制备的膜在极性有机溶剂中的分离性能。 本工作提出了一种在基底上构建PA表皮层的面部方法，该方法不适用于常规的IP工艺，所得到的膜也可以拓宽NF膜的应用领域。