[發明專利]兩性離子帶電共聚物膜

在審

• 申請號: 202080037358.5
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN113939358A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: A·A·亞歷克西烏;S·J·勞恩德
• 申請（專利權）人: 塔夫茨大學信托人
• 主分類號: B01D71/00
• 分類號: B01D71/00;B01D71/28;B01D71/76;C08F220/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進;梅黎

公開了包含三種類型的單體單元的線性/無規/統計共聚物：疏水性單體單元、兩性離子單體單元和帶電或可電離單體單元。還提供了其選擇性層包括本文公開的所述共聚物的薄膜復合膜及其使用方法。

相關申請

本申請要求2019年5月10日提交的美國臨時申請第62/846,014號的權益，所述申請的內容以引用的方式整體并入本文。

政府支持

本發明是在政府支持下根據國家科學基金會授予的資助1508049和1553661進行的。政府擁有本發明的某些權利。

背景技術

納濾(NF)膜由約1nm的有效孔徑定義。它們通常用于在諸如水軟化的應用中從水和廢水流中除去二價鹽。當今市場上幾乎所有的商用NF膜都具有通過界面聚合制備的交聯聚酰胺選擇性層。這種選擇性層化學已經使用了幾十年，并且因此這些商業膜進行了良好優化并提供相當高的水滲透性以及所需的二價鹽截留率。

然而，聚酰胺選擇性層也存在其化學結構固有的重大限制，如缺乏抗污染性和耐氯性。近年來，兩性離子由于其親水性和抗污染性而在膜領域引起了廣泛的研究。兩性離子兩親性共聚物(ZAC)被記錄為自組裝以產生微結構。并且當ZAC用作膜選擇性層時，可實現具有約1-2nm有效孔徑等的抗污染膜。這些膜還顯示出高度耐氯性。

然而，這些膜的一個重要特征是由于膜選擇性層的整體中性化學性質，所以它們表現出相對低的鹽截留率。因此，雖然ZAC提供良好的抗污染性和耐氯性以及接近NF膜的有效孔徑，但它們的截留特征不足以在大多數應用中替代商業NF膜。因此，需要開發不具有上述缺點的高性能膜。

發明內容

本文提供了包含多個三種類型的單體單元中的每一種的共聚物：疏水性單體單元、兩性離子單體單元和帶電或可電離單體單元。優選地，所述共聚物是線性的、統計的或無規的，或它們的全部。還提供了薄膜復合膜，其選擇性層由這些共聚物組成。這些膜可用于多種水性分離，包括但不限于水處理、水軟化、廢水處理以及水溶液中有機分子的分離和純化。由于這些共聚物的化學性質，所述膜表現出改進的耐氯化學降解性和強大的抗污染性。

在一個方面，本文提供了共聚物，所述共聚物包含多個兩性離子單體單元、多個帶電/可電離單體單元和多個疏水性單體單元。

在又一方面，本文提供了薄膜復合膜，所述薄膜復合膜包括多孔載體和聚合物材料的薄膜，其中所述多孔載體的孔徑大于所述聚合物材料的薄膜的有效孔徑。

在另一個方面，本文提供了基于尺寸的選擇或排斥的方法，所述方法包括使包含多個不同尺寸的不帶電的有機分子的溶液與本文公開的薄膜復合膜接觸。

在又另一個方面，本文提供了基于電荷的選擇或排斥的方法，所述方法包括使包含多種鹽的溶液與本文公開的薄膜復合膜接觸。

附圖說明

圖1是描繪帶電兩性離子兩親性共聚物(CZAC)、P(TFEMA-r-SBMA-r-MAA)的聚合物結構/化學的方案，以及其在涂覆到載體上以形成膜選擇性層時的自組裝的示意性描述，所述膜選擇性層具有充當內襯羧酸根基團的有效納米通道網絡的約1-2nm的親水結構域。

圖2描繪PTFEMA-SBMA-MAA-B1的¹HNMR光譜，從而表明共聚。

圖3描繪PTFEMA-SBMA-MAA-B2的¹H NMR光譜，從而表明共聚。

圖4A描繪未涂覆的Trisep UE50載體膜的SEM圖像。

圖4B描繪PTFEMA-SBMA-MAA-B1 TFC膜的SEM圖像。

圖4C描繪PTFEMA-SBMA-MAA-B2 TFC膜的SEM圖像。