近日，我校膜材料与膜化工创新团队的马忠博士、吕晓龙研究员以及武春瑞副研究员等人在膜污染控制方面取得新进展，利用膜表面pH响应性的分子结构设计实现一种在线化学脉冲清洗新方法用于膜污染的控制，可同时提升膜的耐污染能力和清洗效率。相关研究成果以“Functional surface modification of PVDF membrane for chemical pulse cleaning”为题发表在国际膜领域著名期刊《Journal of Membrane Science》杂志上（524 (2017) 389–399）。
现有膜分离过程中膜污染问题突出，以往采取的措施主要集中在对膜操作参数的优化、膜组件结构的合理设计以及改善膜表面性质如亲疏水性、荷电性等。然而，研究发现改性膜表面仍会被污染，适宜的化学清洗仍是保障分离膜稳定运行的必要手段，现有技术是离线化学清洗，其清洗效率较低。
为此，吕晓龙教授课题组运用分子设计，通过酰化反应将马来酸酐接枝到二乙烯三胺改性的PVDF中空纤维膜表面，利用膜表面pH响应性的分子链实现一种在线化学脉冲清洗新方法来控制膜污染，同时提升膜的耐污染能力和清洗效率。在过滤阶段，膜表面带有亲水性官能团的柔性分子链段可以抑制、减缓污染物在膜面吸附；而清洗阶段，这些分子链可随料液化学性质的变化而发生分子构象伸展变化，使污染物更易于从膜面脱离，从而提升膜清洗效率。不同pH值下的溶胀度及水通量实验结果表明膜表面的柔性分子链具有pH响应性，可以实现化学能-机械能之间的转换。并将改性膜用于大豆油水乳液以及BSA溶液分离，显示出比较好的在线化学脉冲清洗效果，经过五次循环后大豆油水乳液及BSA溶液的通量恢复率可分别达到90.3%和95.2%。本研究为构建抗污染表面及提高膜清洗效率提供了一种新思路，对扩大分离膜的应用范围以及延长膜使用寿命等具有重要意义。
该研究工作得到了国家自然科学基金、天津市科技支撑项目和天津市科技计划等基金的支持。
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http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738816314454