接枝氟碳链长度调控聚酰胺反渗透膜抗污染性能的关键作用

《Journal of Membrane Science》：The Critical Role of Grafted Fluorocarbon Chain Length in Governing Antifouling Performance of Polyamide Reverse Osmosis Membranes

本文系统研究了不同氟碳链长度（-(CF2)nCF3, n=0,2,4）接枝对反渗透（RO）膜表面特性和抗污染性能的影响。通过量子化学模拟筛选出与有机污染物结合能近零的氟烷基基团，实验发现中等链长（M2）膜因高接枝率（37.6%）和链长协同效应表现出最优抗污染性能。QCM-D和分子动力学（MD）模拟揭示其抗污染机制主要源于疏水作用（LJ能量）抑制，为设计先进抗污染界面提供了分子级指导。

　　

亮点

本研究通过精确接枝不同链长的氟化小分子（M1-M3），揭示了氟碳链长度在调控改性反渗透（RO）膜表面性质和抗污染性能中的关键作用。XPS分析表明，随着链长增加，接枝率（GR）从M1的40.1%降至M3的20.4%。M2膜因兼具高接枝率和适中链长结构，展现出最优异的抗污染性能。

化学组成分析

通过XPS和ATR-FTIR分析了原始膜（M0）与氟化改性膜（M1、M2、M3）的化学组成，验证了聚酰胺（PA）交联网络的形成及氟化分子的接枝率。结果表明，较短链长更易实现高效接枝，而长链空间位阻导致接枝率显著下降。

结论

本研究系统阐明了氟碳链长度对RO膜抗污染性能的调控机制：适中链长（M2）通过平衡接枝密度与链间相互作用，有效抑制污染物吸附（QCM-D显示ΔD/Δf值：阳离子污染物0.060，阴离子污染物0.062），其主要机制为降低疏水相互作用（LJ能量）。该工作为抗污染膜材料的分子设计提供了重要依据。