一、摘要

鉴于膜技术在众多领域,尤其是水安全、环境健康及能量储存等方面的广泛应用与潜在贡献,膜科学与技术已成为近数十年来最具前瞻性的研究议题之一。此领域的广泛探索促使膜制备技术分化为多个类别,其分类主要依据所用材料、制备工艺及应用场景。其中,高性能且高效的膜材料往往源自对具有聚合物主链结构的聚合物基材料进行改性或制造,尤其是利用先进聚合技术对膜表面进行功能化改性,显得非常重要。

二、文章简介

本综述文章融合了制备/改性技术与实际应用需求,系统地探讨了从传统聚合方法至非传统活性自由基聚合技术(RAFT、ATRP等)的膜材料制备路径。文章亦论及界面聚合与点击化学反应等其他类型的聚合技术。为了深化对膜相关聚合化学、聚合改性剂制备技术及其性能影响之间联系的理解,着重强调了聚合技术的核心问题。同时,本综述旨在为读者提供一个关于膜制备化学的坚实基础,以期推动膜技术的进一步发展,并助力攻克该领域内的若干重大挑战。
本综述对高分子膜材料进行系统分类,阐述各类膜材料的基本特性和应用领域。在此基础上,深入探讨聚合物膜的改性技术,包括共混改性、基于LBL(层层自组装)的改性、表面接枝改性以及界面聚合改性等多种方法。这些改性技术不仅能够提升膜材料的性能,还能拓宽其应用范围,满足更多样化的需求。介绍了传统聚合方法在聚合物膜制备中的应用,包括缩聚反应和加聚反应等。这些传统方法虽然历史悠久,但在现代膜材料制备中仍然发挥着不可替代的作用。介绍受控/活性自由基聚合等新型聚合技术在膜材料改性中的应用,特别是可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)和原子转移自由基聚合(ATRP)等方法,它们在制备高性能膜材料方面展现出了独特的优势。
除了活性聚合技术外,探讨了其他重要的聚合/合成方法,如点击化学反应和原位聚合等。这些方法为膜材料的制备提供了更多的选择和可能性,有助于推动膜技术的进一步创新和发展。详细分析聚合/合成方法与膜技术应用范围之间的相关性。通过具体案例,展示血液透析用材料、水净化和蒸馏中的膜材料、气体分离膜以及能量储存和保存中的聚合物膜等应用领域中的最新研究成果和技术进展。这些案例不仅体现了膜材料及其改性技术在解决实际问题中的重要作用,也为未来的研究方向提供了有益的启示。最后,在总结全文的主要观点和研究成果的基础上,对膜材料及其改性技术的未来发展方向进行展望。

三、综述目录

1.介绍
2.膜材料及其改性技术
2.1.高分子膜材料的分类
2.2.聚合物膜的改性技术
2.2.1.通过共混进行膜改性
2.2.2.基于LBL的聚合物膜改性
2.2.3.表面接枝改性聚合物膜
2.2.4.界面聚合改性聚合物膜
3.传统聚合在聚合物膜制备中的应用
3.1.缩聚反应
3.2.加聚反应
4.用于聚合物膜改性的受控/活性自由基聚合
4.1.膜技术中的RAFT聚合
4.2.用于制备高性能膜材料的ATRP聚合
5.活性聚合以外的技术
5.1.点击化学反应
5.2.原位聚合膜材料
6.聚合/合成方法与膜技术应用范围的相关性
6.1.血液透析用材料合成和膜改性
6.2.水净化和蒸馏中的膜改性与合成方法
6.2.1.面向污染抑制的膜改性
6.2.2.用于水包油过滤的功能膜
6.2.3.基于细菌和病毒去除的应用
6.3.气体分离中聚合物膜改性和环境问题
6.4.用于能量储存和保存的改性技术和聚合物膜技术
6.4.1.用于离子交换膜的聚合物膜改性
6.4.2.用于电池和超级电容器的聚合物膜
7.结论和未来展望

该成果以“Functional Polymeric Membrane Materials: A Perspective from Versatile Methods and Modification to Potential Applications”为题,于2024年 12月 24日发表在中国科学院长春应用化学研究所与美国化学会共同出版的期刊《Polymer Science & Technology》上。

四、论文信息

Functional Polymeric Membrane Materials: A Perspective from Versatile Methods and Modification to Potential Applications.

Mohammed Kamal Hadi, Xiangya Wang, Yuanyou Peng, Sambasivam Sangaraju, Fen Ran*

https://doi.org/10.1021/polymscitech.4c00030

五、作者团队

 

本文作者:冉奋

冉奋,教授/博导,甘肃省“飞天学者”,2022-2024科睿唯安”高被引学者”。现为兰州理工大学材料科学与工程学院(有色金属先进加工与再利用国家重点实验室)教师。课题组网站:https://www.x-mol.com/groups/ran。

 

编辑:杨欢欢、佘婉宁

审核:王重洋