四极矩调控纤维素丙酸酯/1,2,3-丙三醇复合膜成孔效率的机制研究

本研究针对纤维素基多孔膜机械强度与成孔效率难以兼顾的问题，创新性利用CO2四极矩特性，在3 bar低压下实现CP/1,2,3-丙三醇复合膜高效成孔，CO2渗透膜孔隙率提升63.3%，FT-IR证实分子间相互作用增强，为绿色膜材料制备提供新策略。

　　

在可持续材料研发领域，纤维素基多孔膜因其生物可降解性和优异吸附性能备受关注，但传统制备方法面临两难困境：高压液压法能耗高（>5 bar），而相转化法又牺牲机械强度。纤维素丙酸酯(CP)虽比醋酸酯(CA)更具热稳定性，但其高密度分子链结构导致成孔困难。韩国Soonchunhyang大学的研究团队独辟蹊径，利用气体四极矩(quadrupole moment)这一物理特性破解难题。

研究团队通过对比CO₂（Θ=-14.3×10^-40 C·m²）与N₂（Θ=-4.7×10^-40 C·m²）的成孔效果，发现CO₂在3 bar低压下即可诱导CP/1,2,3-丙三醇复合膜形成均匀孔隙，渗透率0.45 GPU远超N₂。该成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，揭示了气体极性调控聚合物形态的新机制。

关键技术包括：气体渗透压差法（1.5-3 bar）、扫描电镜(SEM)孔隙表征、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析分子相互作用、热重分析(TGA)评估热稳定性。

【结果与讨论】
气体渗透行为：CO₂在1.5 bar即引发渗透拐点，而N₂需3 bar，证实四极矩增强气体-溶剂相互作用。SEM显示CO₂处理膜孔隙密度增加37%，平均孔径减小至280 nm。

分子机制：FT-IR在1735 cm^-1处发现CP羰基峰位移，表明CO₂通过偶极-四极相互作用促进1,2,3-丙三醇的羟基与CP酯基结合，形成更致密网络结构。

性能表征：CO₂膜水接触角降低63.3%，但TGA显示5%失重温度下降20°C，揭示孔隙率-热稳定性权衡效应。

【结论】
该研究开创性证明气体四极矩可定向调控纤维素膜微观结构，CO₂诱导的分子间相互作用使成孔能耗降低60%，为开发兼具高孔隙率（>65%）与机械强度（弹性模量提升1.8倍）的绿色膜材料提供新范式，在海水淡化、医用敷料等领域具应用潜力。