[发明专利]一种利用金属-多酚改性直通孔膜通道内壁的方法

说明书

本发明涉及功能性膜材料制备领域，具体涉及一种基于金属‑多酚配位组装改性直通孔膜的通道内壁的方法。本发明首次实现了对直通均孔聚合物膜通道内壁的金属多酚涂层全覆盖修饰，通过跨膜对流扩散策略解决了多酚材料过度原位聚集、无法扩散进入膜孔道修饰孔道内壁的问题；同时通过多酚氧化自聚预处理策略，调控多酚自聚体与金属的络合能力与界面组装动力学，在实现膜通道内壁全覆盖修饰的基础上，进一步实现了对涂层厚度、平整度及亲水性的可控构建，并明显提升了膜修饰层的稳定性，解决了直接组装所造成的中间厚两头薄、通道管腔中部堵塞的问题。

技术领域

本发明涉及功能性膜材料制备领域，具体涉及一种基于金属-多酚配位组装改性直通孔膜的通道内壁的方法。

背景技术

均孔微滤膜的直通孔道为物质跨膜传输提供了通量大且选择性强的优异特性，是分子离子特异选择分离、可调门控输运、高效能量转化、精准传感识别的理想传质通道。

实现如上功能取决于直通孔道的通道对被输运物质有效的传质作用力，其中对传质起到精准干预作用的主要有通道的尺寸、识别官能团以及通道内壁的电荷、极性、亲疏水性等物化性质。

现有均孔微滤膜多为惰性基体材料(如聚酯类核孔膜、氧化铝膜、嵌段聚合组装膜等)，其通道尺寸、官能团构建以及内壁物化性质无法针对应用体系进行可控调节，因此需要对惰性通道内管壁进行修饰使其具备传质干预的功能与潜在二次功能。除此之外，修饰层通常作为修饰平台还需具备对直通孔道内壁稳定的界面粘附能力、完整修饰覆盖能力，以及通过多重分子作用具备承载二次功能组分的能力。

目前已有的修饰方法主要有小分子或高分子共价接枝、聚电解质逐层静电组装、金属覆层沉积涂镀、界面仿生矿化等。但这些策略依然存在构建流程繁琐、组分修饰可控性弱、功能表达受限等问题。

多酚-金属超分子组装涂层是理想的材料表界面修饰材料，丰富的酚羟基团与金属离子的组合为界面提供了亲水性、负电性、极性可调的物化特性。除自身因酚羟基可与界面形成广泛的氢键、配位键、疏水相互作用、π-π堆积作用从而产生的界面粘附能力外，还可以通过这些成键位点进行多类型次级功能的二再修饰。

现有多酚-金属超分子组装涂层的组装策略包括经典金属-多酚膜层单进制基体浸润原位组装策略和经典金属-多酚双料液循环二进制界面组装策略。

经典金属-多酚膜层单进制基体浸润原位组装策略已多被用于水处理膜表面的物化改性或功能改性，赋予了多酚-金属复合膜油水分离能力、金属离子或染料分子的截虑能力、膜表界面的亲水抗污能力、膜催化功能组分的锚固能力等。但多酚对金属离子的络合原位组装动力学过快，而组装体界面扩散组装的动力学不足，这一动力学陷阱导致金属多酚在原位组装过程时过早的在膜层外表面成膜而无法及时扩散进入膜孔道内部，因此无法用于均孔微滤膜的直通孔道内壁的物化改性或功能改性。

二进制组装方法是将待修饰的基体材料先后并反复循环浸润于未经混合的多酚溶液与金属离子溶液，实现多酚与金属离子的循环逐层组装，该策略多应用于对材料表界面的修饰。对于膜孔道内部改性，如果采用二进制逐层组装方式，由于每一次浸入多酚料液或每一次浸入金属离子料液都需要经历等待一次多酚分子或者一次金属离子在膜孔道内部的扩散以及界面组装，完成涂层构建往往需要多次物料向膜孔道内部扩散的时间。

发明内容

本发明的第一目的是提供上述针对直通孔膜的通道内壁的改性方法。

本发明提供的直通孔膜的改性方法，包括：配置于直通孔膜两侧的多酚氧化自聚预组装组分和过渡金属离子溶液组分，通过直通孔道进行跨膜对流扩散，从而在直通孔膜表面及通道内壁进行界面组装，形成全覆盖金属-多酚涂层；

所述金属-多酚涂层为均厚超分子网络层，厚度为10-50nm。

本发明首次提出通过多酚氧化自聚预组装策略及双组分跨膜对流扩散组装策略相结合的方式，实现对直通孔膜表面及通孔内壁的全覆盖金属-多酚涂层改性。