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  刺激響應(yīng)性分離膜是一類可通過感知周圍環(huán)境變化（pH，光，熱，氧化還原等）實(shí)現(xiàn)對(duì)膜通量可逆調(diào)節(jié)的膜材料。為實(shí)現(xiàn)這種獨(dú)特的智能調(diào)控機(jī)制，目前主要的策略是將各種響應(yīng)性聚合物或交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通過自由基聚合的方式修飾到商用膜的孔道表面。然而，該方法制備得到的聚合物鏈長通常較不均勻，易對(duì)膜調(diào)控的精確度產(chǎn)生影響。另一方面，膜的功能還相對(duì)單一：膜所處理的“污水”的成分通常十分復(fù)雜，其pH各異且含有重金屬離子；在實(shí)現(xiàn)智能門控的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的pH值和重金屬離子情況的檢測(cè)和分析也十分重要，可為水質(zhì)評(píng)價(jià)和處理提供一定指導(dǎo)。

  浙江工業(yè)大學(xué)的楊晉濤教授/鄭司雨副研究員課題組前期在功能性兩性離子聚合物的設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用領(lǐng)域已取得一系列研究進(jìn)展：通過苯乙烯可聚合基團(tuán)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了兩性離子聚合物的強(qiáng)反聚電解質(zhì)效應(yīng)，構(gòu)筑了一系列具有殺菌-防污-細(xì)菌釋放多功能的智能抗菌表面（Adv. Funct. Mater. 2020, 2004633; Acta Biomater. 2022, 124; J Mater. Chem. B 2022, 3039；J Mater. Chem. B 2023, 7197；Adv. Mater. Interfaces 2022, 2201209），開發(fā)了多種兩性離子高韌性功能凝膠材料并運(yùn)用至水下粘附、太陽能海水蒸發(fā)等含鹽水體環(huán)境應(yīng)用（Adv. Funct. Mater. 2023, 2303272; Adv. Funct. Mater. 2022, 2205597; Chem. Mater. 2021, 8418; Chem. Eng. J 2022, 135607；ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 4579；Biomacromolecules 2023, 3345）。

  在本文中，作者基于一種苯乙烯可聚合兩性離子聚合物[聚4-（2-磺乙基）-1-（4-乙烯基芐基）吡啶鎓甜菜堿，PVPES]設(shè)計(jì)了一種多刺激響應(yīng)智能門控膜。具體地，以Stober溶膠法制備了粒徑均一的SiO₂納米顆粒為支架，在其表面通過SI-ATRP生長PVEPS分子刷，然后在壓力作用下在纖維濾膜表面原位組裝PVPES-SiO₂顆粒獲得門控膜。所得膜材料的孔道均勻，且在PVEPS分子刷殼層保護(hù)下，在水體中具有較好的形態(tài)穩(wěn)定性。同時(shí)，得益于PVPES的多響應(yīng)性特性，該門控膜具有以下功能：

  1）堿金屬鹽響應(yīng)孔徑可逆調(diào)節(jié)：可通過ATRP調(diào)控聚合物刷長度以及堿金屬鹽的鹽濃度（基于兩性離子高分子的反聚電解質(zhì)效應(yīng)，在鹽水刺激下聚合物鏈?zhǔn)嬲谷苊洠?/span>實(shí)現(xiàn)水通量0-15330 L m^-2 h^-1 bar^-1的大范圍調(diào)節(jié)。并且，該響應(yīng)機(jī)制適用的鹽種類廣泛，且呈現(xiàn)出的響應(yīng)規(guī)律與Hofmeister序列一致。

  2）堿響應(yīng)外觀變色：基于PVPES的堿響應(yīng)變色，所制得得PVPES-SiO₂自組裝膜在pH=7-14范圍內(nèi)可發(fā)生明顯的顏色變化（毗鄰色差遠(yuǎn)大于1），且變色速度迅捷，具有靈敏的污水pH檢測(cè)功能。

  3）對(duì)重金屬離子的吸附和熒光響應(yīng)：由于吡啶官能單元的存在，該膜在污水處理的過程中對(duì)重金屬離子吸附能力較好，對(duì)Cu²⁺, Fe³⁺的吸附量分別達(dá)到了65.3%和86.6%，且伴隨重金屬離子的吸附還存在熒光猝滅現(xiàn)象。

  4）防污性能及反聚電解質(zhì)效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的表面清潔功能，有效防止微生物及蛋白質(zhì)的吸附和堆積。

圖4  PVPES-SiO₂自組裝膜的機(jī)械性能和防污性能

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145185