图 抗菌抗污染RO膜的制备示意图
近日，国际材料领域著名化学期刊Journal of Materials Chemistry A（影响因子：8.262）发表了分离膜与膜过程国家重点实验室、材料科学与工程学院孟建强教授、潘赢博士等人的论文，题为“One-step bimodel grafting via multicomponent reaction toward antifouling and antibacterial TFC RO membranes”（基于多组分反应一步法多功能接枝制备抗污染抗菌反渗透复合膜）。
面对日益严峻的水资源紧缺现状，寻求高效节能的水处理技术迫在眉睫。反渗透（RO）由于其具有操作简便、能耗低、渗透通量大、截留率高及环境友好等优势，已受到人们高度认可并广泛应用于海水和苦咸水淡化、废水资源化、超纯水制备等领域，成为主流的水处理技术。然而，膜污染一直是影响反渗透技术进一步发展以及制约其运营成本的一大障碍。表面改性是制备抗污染反渗透膜、缓解膜污染的重要手段。RO系统进水成分复杂，含有有机物、无机物、胶体和微生物等多种污染物，传统的表面改性方法只能针对一种污染作用机理，难于有效的解决实际水体条件下的膜污染问题。制备高效率抗污染型RO复合膜是膜领域研究人员所面临的最大挑战之一。
针对上述问题，孟建强教授课题组尝试通过多组分反应在RO膜表面进行多功能修饰，一步反应同时将抗污染成分和抗菌成分引入膜表面，有效抑制有机污染、无机盐污染和生物污染，制备抗菌抗污染的反渗透膜。他们以商品化的芳香聚酰胺族（PA）RO复合膜为研究对象，利用其表面含有大量羧基这一结构特点，在其表面进行Ugi-4CR（乌吉四组分反应）：以RO膜作为羧基组分；亲水性大分子醛基化聚乙二醇单甲醚（CHO-MPEG）作为醛基组分；带有端氨基的抗菌剂三（2-氨乙基）胺（TAEA）或磺胺甲恶唑（SMZ）作为氨基组分；廉价的异氰基乙酸甲酯作为异氰组分。在室温条件下，以甲醇为溶剂，将等物质的量的其他三组分与RO膜反应，一步反应同时在膜表面接枝亲水性分子和抗菌剂，可以有效抑制水中的有机物、无机盐以及微生物污染。
这种方法既扩大了污染物的抑制范围，同时简化了反应步骤和条件。修饰后的RO复合膜在过滤BSA和高硬度无机盐水溶液时，渗透通量衰减率远远低于原膜，短时间清洗后恢复率也显著提高，除此之外，在与细菌培养时，细菌浓度较原膜明显减少，抑菌率高达98%以上。与目前文献中常规的一步反应只能完成单一组份修饰的方法相比，操作简便，条件温和，兼顾高效性和经济性的优势。
该项研究得到了国家自然科学基金的大力支持。
文章链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ta/c6ta05746b