最近佐治亞理工土木與環(huán)境工程學(xué)院謝興老師研究小組開發(fā)了一種帶有分子過(guò)濾功能的水凝膠與高分子材料納濾膜復(fù)合材料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高吸水性和選擇性。在生物醫(yī)藥，環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域的樣品濃縮，運(yùn)輸，和檢測(cè)， 以及水體營(yíng)養(yǎng)物回收方面提供巨大應(yīng)用前景。
方便，快速的自驅(qū)動(dòng)水過(guò)濾
在傳統(tǒng)水過(guò)濾系統(tǒng)中，一般需要一個(gè)濾膜單位和一個(gè)外在的驅(qū)動(dòng)力來(lái)完成過(guò)濾過(guò)程。但是在很多情況下，當(dāng)樣品容量很少，并且易損，或者在采樣現(xiàn)場(chǎng)條件有限的情況下，這樣的過(guò)濾體系變得低效或者不可行。于是一個(gè)方便，靈活，易用的適合小容量體系的過(guò)濾系統(tǒng)就十分必要。為了實(shí)現(xiàn)這樣的功能，謝興研究組開創(chuàng)了一種核殼高分子復(fù)合材料。以聚丙烯酸和聚丙烯酰胺制得的水凝膠為核提供吸水的驅(qū)動(dòng)力， 同時(shí)在表面覆蓋一層聚酰胺纖維納濾膜來(lái)提供選擇透過(guò)性。
這樣的核殼結(jié)構(gòu)結(jié)合了水凝膠很強(qiáng)的自發(fā)吸水性和納濾膜的選擇透過(guò)性。自驅(qū)動(dòng)的水過(guò)濾過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。
靈活縮放的核殼結(jié)構(gòu)
該復(fù)合吸水小球通過(guò)收縮膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)放吸水以達(dá)到分離溶液中其他物質(zhì)（例如各種離子）的目的。那么這個(gè)殼就需要足夠的透過(guò)性和一定的強(qiáng)度。在該研究中，他們利用界面聚合來(lái)實(shí)現(xiàn)納濾膜在水凝膠表面的合成。
在實(shí)驗(yàn)中該復(fù)合小球能快速的吸水膨脹，同時(shí)保持殼的完整性達(dá)到過(guò)濾的作用。
為了證明自發(fā)水過(guò)濾的效果，該復(fù)合小球被放入不同的鹽溶液中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。等小球吸水飽和后，通過(guò)檢測(cè)剩余溶液中鹽濃度的變化來(lái)計(jì)算小球的排鹽率。
在45分鐘內(nèi)，小球吸收了大約40倍于自己干重量的水同時(shí)達(dá)到了較高的排鹽率，相當(dāng)于一般的納濾膜。并且適用于多種鹽離子。至此，該復(fù)合吸水小球的高吸水性和分子選擇性得到證明。這代表了一種自發(fā)的高效的分離水溶液中水和其他組分的方法，在多種應(yīng)用中能充分發(fā)揮價(jià)值。
該研究的最大意義在于，通過(guò)創(chuàng)新的核殼結(jié)構(gòu)將兩種高分子材料結(jié)合起來(lái)配合完成高效簡(jiǎn)單易操作的自發(fā)水過(guò)濾過(guò)程，并且這樣的結(jié)構(gòu)靈活可調(diào)，通過(guò)分別調(diào)節(jié)核和殼的化學(xué)組分，可控，可逆的吸水和不同級(jí)別的過(guò)濾能力（納濾，超濾 ，微濾）都可能在該復(fù)合材料中得以實(shí)現(xiàn)來(lái)滿足不同 應(yīng)用的需求。
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https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ta/d0ta03617j
