通过硅烷接枝在PTFE中空纤维膜上构建耐用、防污的双网络水凝胶涂层

聚四氟乙烯（PTFE）特性
 

聚四氟乙烯（PTFE）中空纤维膜是高度污染废水处理和管理中很有前途的候选材料，因为PTFE具有固有的化学惰性和疏水性。
然而，低水通量和污垢（由于蛋白质附着和积累导致的污染）都与低表面能有关，对过滤效率和PTFE中空纤维膜的长期使用造成了极大的限制。
在这里，我们分享一种通过N-（2-氨基乙基）-3-氨丙基三甲氧基硅烷（AEAPTS）水解和接枝，用聚乙烯醇/氧化海藻酸钠（PVA/OSA）双网络（DN）水凝胶涂覆PTFE中空纤维膜的表面工程策略。所制备的PVA/OSA DN水凝胶包覆PTFE中空纤维膜具有较高的油水分离效率和优异的防污性能，这主要得益于良好的界面静电相互作用和膜表面的水化涂层。

此外，PVA/OSA DN水凝胶涂料在强酸性和强碱性溶液中长时间浸泡后，仍具有较高的亲水性、结构完整性和操作稳定性，所有这些都极大地有利于其最初设计和预期的性能。

随着全球水污染的日益严重，膜分离技术具有分离效率高、能耗低、占地面积小、可连续运行等优点，在水净化中得到广泛应用。
通常用于此类目的的膜材料包括聚砜（PS）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）和聚乙烯（PP），其中PTFE中空纤维膜因其机械强度、化学惰性和较长的使用寿命而受到越来越多的关注，所有这些都使它们特别适用于恶劣的环境，包括强酸/强碱和有机溶剂。

另一方面，PTFE表面固有的极端疏水性和低表面能导致水通量低，容易吸附具有相同疏水性质的有机物质，如蛋白质，最终导致PTFE膜的不可逆污染和严重限制分离效率。
因此，尽管存在重大挑战，但通过构建高亲水涂层来赋予PTFE中空纤维膜表面具有防污性能是解决上述困境的可能解决方案。
 

表面亲水改性

基于水化层理论的PTFE表面亲水改性被认为是解决这一挑战的有效方法。引入表面的某种亲水性聚合物可以通过氢键或静电相互作用结合水分子，形成稳定和连续的水合层，能够防止有机物质（如蛋白质）附着。迄今为止报道的亲水改性方法包括湿化学法、等离子体处理、原子层沉积（ALD）、表面涂层等。其中，在膜表面形成亲水涂层相对简单：该工艺不会导致PTFE聚合物链的分解，并且可以相对容易地扩大规模以进行大规模生产。然而，对于一些常规的亲水改性方法，它们的高亲水性和高稳定性是相互矛盾的。对聚四氟乙烯的亲水性防污改性仍然是可能的，但由于这些弱相互作用，它们通常可以很容易地在剪切力的动态环境中应用后去除。当聚四氟乙烯上的涂层在膜上具有较高的附着力时，其亲水性往往不足。

我们展示了在PTFE中空纤维膜上原位制造高亲水性、耐用性和防污性的聚乙烯醇/氧化海藻酸钠（PVA/OSA）DN 水凝胶涂层。AEAPTS硅烷接枝通过席夫碱反应使PVA/OSA DN水凝胶与PTFE膜基材之间实现了强界面键合。PVA/OSA DN水凝胶包覆的PTFE中空纤维膜在矿物油乳液过滤分离中表现出较高的效率，优异的防污性能，在恶劣的酸碱环境下具有运行稳定性，在循环过滤和静态牛血清白蛋白（BSA）吸附试验中表现出优异的运行稳定性。本研究中描述的表面工程策略可能在广义上为水凝胶基防污材料提供一些启示。