终止层效应对Pluronic? L-35驱动液在层层自组装膜正向渗透性能中的调控机制

为解决非传统驱动液(DS)与膜终止层组分间物理化学作用机制不明的问题，研究人员通过层层自组装(LbL)技术构建聚丙烯腈(PAN)超滤膜表面聚烯丙胺盐酸盐(PAH)/聚苯乙烯磺酸钠(PSS)多层结构，系统研究Pluronic? L-35热响应性两亲共聚物作为DS时，终止层电荷性质与亲水性对膜溶胀行为和水通量(JW)的影响。发现PAH终止层通过增强多层结构溶胀度提升渗透性能，而PSS终止层依赖亲水作用降低反向溶质通量(JS)，为智能响应型DS膜设计提供新思路。

　　

在应对全球水资源短缺的挑战中，正向渗透(FO)技术因其低能耗特性备受关注。然而传统驱动液(DS)如NaCl存在再生能耗高、与膜兼容性差等问题，而新兴的热响应性Pluronic?类两亲共聚物虽能通过温度刺激实现高效再生，但其与膜材料的相互作用机制尚不明确。特别是膜表面终止层化学组成如何影响Pluronic?分子在多层结构中的吸附和吸收行为，成为制约FO性能提升的关键科学问题。

针对这一瓶颈，Aylin Kinik团队创新性地采用层层自组装(LbL)技术，在碱性水解的聚丙烯腈(HPAN)超滤膜表面交替沉积聚烯丙胺盐酸盐(PAH)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)，构建具有精确终止层调控的复合膜体系。通过反射率法原位监测Pluronic? L-35在多层结构中的吸附动力学，结合膜表面电位、接触角及分子量截留(MWCO)等表征手段，首次揭示终止层性质通过"电荷-溶胀-结构"三重效应对FO性能的调控规律。

关键技术包括：1）采用ATR-FTIR验证PAN膜碱性水解产生的羧酸根基团(COO^-)；2）通过死端过滤测定不同终止层膜的MWCO；3）利用反射仪量化Pluronic?在硅片模型表面的吸附量；4）采用电动力学分析仪测定表观zeta电位；5）搭建交叉流FO系统测量水通量(J_W)和反向溶质通量(J_S)。

3.1 膜支撑体表征

碱性水解使PAN膜接触角从63.2°降至28.3°，PWP从179.3降至3.2 LMHbar^-1，FTIR证实COO^-基团成功引入，为LbL组装提供负电荷基底。

3.2 聚电解质多层膜形成

MWCO测试表明5.5BL(PAH终止)比6BL(PSS终止)具有更低截留分子量(200-300 g/mol)，反射率显示PAH终止层Pluronic?吸附量更高，源于伯胺基团(NH₃⁺)诱导的多层溶胀。

3.3 表面特性

PAH终止膜呈现正电位(约+20mV)和较高接触角(50°)，PSS终止膜则显示负电位(-15mV)和更低接触角(40°)，证实终止层化学决定表面性质。

3.4 膜性能

FO测试发现2.5BL膜因Pluronic?吸收导致J_W下降，而5.5BL膜因酸性溶液长时间暴露诱导脱溶胀使J_W提升30%；9BL膜则因多层密度限制使性能回落。

该研究突破性地阐明终止层设计对智能响应型DS膜性能的调控机制：PAH终止层通过正电荷介导的溶胀效应优化水传输通道，PSS终止层则凭借亲水性抑制溶质渗透。这一发现为开发"膜-DS"协同优化的新一代FO系统提供理论基石，尤其对食品浓缩、海水淡化等需要特定DS的领域具有重要指导价值。研究创新性地建立LbL膜结构参数与Pluronic?相互作用的全构效关系模型，为多功能分离膜设计开辟新途径。