随着水资源日益紧张和环境污染加剧，开发高效、 robust且可持续的水处理技术变得日益重要[1]。膜分离技术因其能耗低、工艺配置简单以及分离选择性高而被广泛应用于废水处理、海水淡化和食品加工领域[2],[3],[4]。其中，超滤（UF）在去除悬浮颗粒、胶体、大分子和许多微生物方面特别有效，使其成为水净化和废水处理中的重要单元操作。聚氯乙烯（PVC）因其低成本、良好的化学耐受性和出色的成膜能力而成为UF应用的理想聚合物[1],[5],[6],[7]。然而，PVC膜的固有疏水性会通过疏水相互作用促进有机污染物的吸附和沉积，导致膜污染加剧、通量下降以及长期运行稳定性降低[8],[9],[10],[11],[12]。因此，提高PVC超滤膜的抗污染性能对其实际应用至关重要。
为了解决PVC基膜的污染问题，已经开发了多种改性策略，包括表面沉积[13],[14]、表面接枝[15],[16]、物理混合[17],[18]和化学改性[19],[20]。这些方法主要旨在调节膜表面性质，尤其是亲水性，以减少污染物的吸附。表面沉积和接枝可以在膜表面上引入亲水层[21],[22],[23],[24]，但它们也可能阻塞表面孔隙或改变原有的孔结构，从而影响通透性。物理混合允许将纳米颗粒或亲水性添加剂掺入膜基质中，并通过组成设计方便地调整膜性质。然而，这种方法可能会降低机械强度，并且在长期运行过程中可能导致混合组分的渗出，从而降低膜稳定性。相比之下，化学改性可以通过共价键引入亲水基团，从而提高亲水性同时改善结构稳定性。值得注意的是，除了改性策略本身，亲水组分的选取也起着决定性作用。天然亲水材料，如多糖和糖醇，由于其丰富的来源、环境兼容性和高羟基密度，成为提高膜亲水性和抗污染性能的有希望的候选物质[25],[26],[27],[28],[29]。
山梨醇是一种天然存在的糖醇，广泛存在于水果中，含有多个羟基，具有优异的亲水性[30],[31],[32]。其分子尺寸小且结构简单，便于调节膜亲水性而不引入可能干扰膜形成的复杂链结构。然而，直接在PVC基超滤膜中使用山梨醇仍然具有挑战性。由于其高水溶性和与疏水性PVC的不良兼容性，通过物理混合引入的山梨醇容易在非溶剂诱导的相分离过程中迁移到凝聚浴中，或在随后的过滤和清洗过程中渗出。此外，山梨醇缺乏可聚合的乙烯基团，因此不能通过与氯乙烯的传统共聚直接掺入PVC链中。因此，在保持理想膜性能的同时实现山梨醇的有效掺入，并建立可控的功能化途径以确保长期的亲水性，仍然是一个关键挑战。
在此，我们提出了一种在浇铸溶液阶段通过预先安装的反应位点进行后功能化的策略，将山梨醇共价固定在PVC基超滤膜中。选择甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）作为反应中间体，因为它可以与氯乙烯共聚，将环氧功能单元引入PVC基共聚物中，而环氧基团随后可以与山梨醇的羟基发生开环反应[33]。具体而言，通过氯乙烯和GMA的自由基共聚合成了聚（氯乙烯-共-甲基丙烯酸缩水甘油酯），记为P(VC-co-GMA)或GPVC。然后在浇铸溶液中用山梨醇对GPVC进行后功能化，接着通过非溶剂诱导的相分离（NIPS）制备膜。与传统混合改性相比，这种分层改性策略有效地缓解了兼容性问题并抑制了亲水组分的渗出。同时，所得的山梨醇功能化GPVC膜表现出改善的表面润湿性、水渗透性和抗污染性能，同时保持PVC基膜的机械强度和化学稳定性，为PVC超滤膜的持久亲水改性提供了一条可行的途径。
