文 献 综 述

膜分离技术作为一种新型分离手段，因其高效分离、能耗低、无相变、设备简单易操作等优点，在化工，制药和水处理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。智能聚合物由于能够发生极性或者构象等的可逆变化而被认为是开发刺激响应膜系统的重要材料[2,3]。具有良好结构设计的刺激响应分离膜在接触外界物理、化学刺激时，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[4]。

目前智能响应性聚合物分离膜的研究多集中于pH型、温度型刺激响应膜。通过在膜表面引入含有对pH或温度敏感的聚合物，如聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸（PMAA）、聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）等[5,6]。虽然只需对溶液条件进行调节就能实现pH、温度等环境刺激，但这也改变了溶液本身的特性，操作条件也会发生相应改变，在实际应用中非常不利。而利用外界物理刺激如光、电磁场等的作为而产生的刺激响应性膜则可以避免前述的副作用。其中光刺激被认为是一种具有高选择性、迅速且不会对系统化学势发生额外改变的一种方式。光刺激相应膜对于开发智能化与多功能化的分离膜具有重要意义[4,7]。

现有光刺激响应聚合物分离膜的设计与pH、温度刺激响应性膜类似，主要是通过共混或接枝的方法将含有光响应的聚合物加入到膜内或者膜表面[8-10]。然而目前光刺激响应膜的研究与应用仍十分有限，主要原因有：1、光响应基团与pH、温度响应基团相比结构相对复杂，将光响应性结构单元引入到聚合物主链或者侧链通常涉及到多步的合成反应，加上后续制膜过程，导致光响应膜的制备过程复杂且成本较高；2、通过光响应结构单元构象变化或者异构化而导致膜孔道结构或性能的变化范围有限，分离膜性能的调节达不到预期水平[11]。

嵌段聚合物作为新型材料，在制备大面积有序、窄孔道分布结构的分离膜方面具有独特优势[12]。嵌段聚合物是由化学结构存在差异得两个或多个高分子连段通过共价键连接而成的，由于链段在物化性质上存在差异，在适宜的热力学条件下可以发生微相分离，形成有序的分相结构。微相分离后，可以采取适当的方法如非溶剂诱导相分离和选择性溶胀等。将分散相转化为孔道，即可获得较为均匀的多孔膜。而选择性溶胀因其操作简便、过程可控等优势受到广泛的关注。我所在的汪勇教授课题组对这种方法做了较为系统的研究工作[13,14]。在选择性溶胀过程中，需要通过加热来促进链段的运动从而产生孔道。本项目目的是在嵌段聚合物中引入合适的光敏剂（金纳米粒子、有机光吸收燃料等），将光刺激相应与嵌段共聚物溶胀成孔相结合，开发新的光刺激响应膜体系。在室温下，通过一定波长的光源照射，嵌段共聚物膜中的光敏剂可以吸收光能产生热量[15,16]，使得嵌段共聚物本体温度升高，在选择性溶剂的共同作用下，本体相发生形变而产生孔道；而无光源照射时，嵌段共聚物的结构不发生变化，不会产生孔道。由此，我们可以设计出一个全新的基于光刺激响应诱导产生形变开孔的嵌段共聚物膜体系。

基于以上研究背景，本项目拟采用将嵌段共聚物与合适的具有光热效应的光敏剂相结合，制备具有光响应性的嵌段共聚物膜，利用光热效应使膜在选择性溶剂的作用下开孔。本项目的光响应膜体系由以下特点：1、与现有的光响应膜有本质上的不同，体系中的膜孔道变化是基于嵌段聚合物在光诱导下的选择性溶胀变形，不与要含有任何光致响应的结构单元，因此适用的聚合物种类丰富且合成简单。2、与现有的嵌段共聚物选择性溶胀相比，不需要对整个溶胀体系进行加热，可以在室温下进行，可降低能耗。3、可以利用光源对膜实行远程调整，也可以实现对局部膜结构进行定点调控，是一种便捷、可控且无污染的调控方式。。综上所述，该项目的研究不仅可以开辟新的光刺激响应嵌段共聚物膜体系，深刻理解光源刺激与膜结构变化之间的关系，对于推动智能化分离膜的发展和研究也具有重要的理论和实际意义。

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