膜分离技术作为一种新型分离手段，在化工，制药等领域具有广泛的应用，产生了巨大的经济和社会效益[1]。近些年随着纳米技术和高分子科学的发展，与传统聚合物分离膜相比，越来越多具有pH等环境刺激响应性的智能聚合物分离膜被开发出来[2-5]。具有良好结构设计的刺激响应分离膜在接触外界刺激时，能够使膜的表面性质、孔径大小发生快速转变，从而显著地改变膜的通量、截留率等性能，在诸多领域展现出了广阔的应用前景[6]。

二氧化碳（CO₂）刺激响应性聚合物是新近发展起来的一类智能型聚合物，是指在向体系中引入或排出CO₂气体后，聚合物的结构与性质能够发生可逆变化的新型大分子[7]。CO₂作为刺激源，相比于其他刺激方式具有以下独特优势：（1）CO₂广泛存在，廉价易得且清洁无毒；（2）CO₂刺激响应的可切换性及循环响应能力好。基于以上优势，一些研究者展开了CO₂刺激响应性聚合物分离膜的设计制备工作。加拿大Sherbrooke大学赵越教授课题组[9]将PDEAEMA接枝在聚偏氟乙烯（PVDF）膜孔道表面，赋予了PVDF分离膜CO₂响应性能，可以通过CO₂调节平均孔径、孔隙率等性质。这些研究工作表明CO₂刺激响应在分离膜性能调控方面具有极高的应用潜力与价值。然而目前CO₂刺激响应性分离膜的研究仍然非常少，且已报道的多是基于商品化多孔分离膜的改性[10,11]，存在着孔道表面接枝改性的均匀度较难测定、控制，分离膜孔径分布较宽等诸多问题；因此构筑具有CO₂响应性的、刺激响应链段分布均匀且孔径分布较窄的分离膜，通过CO₂刺激响应使得膜孔径在一定范围内可以均一的变化，以保证分离膜在维持较好通量的同时体现高精确度、高选择性的特性，相关工作将具有非常重要的理论研究意义和实际应用价值。

嵌段共聚物（BCPs）作为新型膜材料，在获取大面积有序、窄分布孔道结构分离膜方面具有独特优势[12]。嵌段共聚物是由在化学结构上存在差异的两个或多个高分子链段通过共价键连接而成的，在适宜的热力学条件下可以发生微相分离，形成丰富、有序的分相结构，包含主体相与分散相；现有的合成技术，如可逆加成断裂链转移（RAFT）聚合等活性聚合方法，使得嵌段共聚物的分子量分布能够控制在较窄的范围内，从而确保了发生相分离区域尺寸的单分散性；通过适当的方法将分散相转化为孔道，即可得到孔径分布较窄的分离膜。将分散相转化为孔道结构的方法主要有许多，其中选择性溶胀法由于简单易行、不产生副产物等优点应用较为广泛，我所在的汪勇教授课题组[15,16]对这种方法做了较为系统的研究工作。嵌段共聚物膜在致孔过程中，分散相链段会迁移、附着在孔道表面，不同的分散相链段可以赋予分离膜亲水性、荷电性以及刺激响应等不同的功能特性[17]。

嵌段共聚物膜中主体相作为分离膜的支撑结构决定了分离膜的宏观力学性能。目前来说，大部分嵌段共聚物膜是以聚苯乙烯（PS）或其衍生物为主体相的[18,19]。然而PS的玻璃化转变温度较低（T_g≈100℃），机械强度较差，在制膜过程中易出现缺陷，力学强度不能满足膜分离过程的要求。因此利用嵌段聚合物制膜时，如何设计、获得较高强度的主体相仍是亟需解决的问题。

基于以上研究背景，本项目拟利用活性聚合方法（RAFT聚合）设计、合成具有CO₂响应性的新型嵌段共聚物，用其作为成膜材料制备嵌段共聚物均孔膜，并对其性能进行研究。首先，我们提出在合成嵌段共聚物过程中，将苯乙烯与其他单体（具有较大空间位阻）进行共聚合[20]，通过改变嵌段共聚物膜中主体相的组成结构，提高聚合物链段的玻璃化温度，改善聚合物膜的力学性能。其次，选用带有CO₂响应基团（叔胺基等）的单体[21]进行聚合作为分散相嵌段，链段附着在孔壁表面赋予分离膜CO₂刺激响应特性。将设计合成的嵌段共聚物通过合适的方法制膜后，有望获得具有较好力学性能、CO₂刺激响应性分离膜。本毕业论文工作将选择合适的共聚合单体及带有CO₂响应基团的单体，探索合适的聚合反应条件，并对新型嵌段共聚物在制膜过程中的选择性溶胀过程展开研究以制备出分离膜。总的来说，该项目的顺利展开将为新型嵌段共聚物基分离膜的制备提供新思路，从实际应用或者基础研究方面看都具有重要意义。

参考文献

[1] Mulder, M. Basic Principles of Membrane Technology. Kluwer Academic Publishers, Norwell, MA, 1998.

[2] Wei, J.; Ju, X. J.; Zou, X. Y.; Xie, R.; Wang, W.; Liu, Y. M.; Chu, L. Y. Multi-Stimuli-Responsive Microcapsules for Adjustable Controlled-Release. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 3312-3323.

[3] Wandera, D.; Wickramasinghe, S. R.; Husson, S. M. Stimuli-responsive membranes. J. Membr. Sci. 2010, 357, 6-35.

[4] Nayak, A.; Liu, H. W.; Belfort, G. An optically reversible switching membrane surface. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4094-4098.