聚酰胺薄層復(fù)合膜的界面聚合制備過程調(diào)控研究進(jìn)展

曹陽，任玉靈，郭世偉，萬印華，羅建泉

（生化工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院過程工程研究所，中國科學(xué)院大學(xué)，北京100190）

納濾（nanofiltration，NF）膜可截留大部分有機(jī)物和高價(jià)鹽離子，透過單價(jià)鹽離子；正滲透（forward osmosis，F(xiàn)O）和反滲透（reverse osmosis，RO）膜則對(duì)小分子有機(jī)物和單價(jià)鹽有較高的去除率，三者在污水處理[1]、生物分離[2]、海水淡化[3]等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。其中芳香聚酰胺是目前應(yīng)用最為廣泛的NF、FO和RO膜材料。商品化NF、FO和RO 膜通常是由聚酰胺分離層、超濾中間層和聚酯無紡布多孔支撐層組成的薄層復(fù)合膜（thin-film composite membrane，TFC 膜），其中聚酰胺分離層的性質(zhì)對(duì)TFC膜的水滲透性、分離選擇性和抗污染性能起著至關(guān)重要的作用[4]。

界面聚合（interfacial polymerization，IP）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于聚酰胺TFC膜制備，通常先將超濾基膜浸潤在含水相單體的溶液中一段時(shí)間，待去除多余水相溶液后再和含有機(jī)相單體的溶液進(jìn)行接觸迅速發(fā)生縮聚反應(yīng)，一定時(shí)間后在不互溶的兩相界面處形成一層超薄聚酰胺層，并附著在超濾基膜上[5]（如圖1所示）。

在IP 過程中，由于水相和有機(jī)相單體分別具有很強(qiáng)的親核性和親電性[7]，單體之間劇烈的不可逆反應(yīng)使聚酰胺層通常具有相對(duì)粗糙的結(jié)構(gòu)、不均勻的聚合物密度和電荷分布，導(dǎo)致溶劑滲透性和溶質(zhì)選擇性之間存在明顯的“trade-off”效應(yīng)。因此研究IP 過程調(diào)控與聚酰胺分離層構(gòu)效關(guān)系顯得尤為重要。通過調(diào)控IP 過程以優(yōu)化聚酰胺層結(jié)構(gòu)和性質(zhì)來提高膜性能，是目前學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。然而，由于IP 過程往往同時(shí)受到超濾基膜性質(zhì)、單體種類和反應(yīng)條件等因素的影響，導(dǎo)致IP 過程的調(diào)控比較復(fù)雜。為了進(jìn)一步加深對(duì)IP 制膜過程機(jī)制的理解，本文將從基膜改性、調(diào)控單體反應(yīng)過程、聚酰胺層后處理3個(gè)方面介紹近年來對(duì)聚酰胺IP 過程調(diào)控的研究進(jìn)展，重點(diǎn)對(duì)IP 過程的調(diào)控方式以及單體傳質(zhì)對(duì)IP 反應(yīng)的影響進(jìn)行分析歸納。最后對(duì)聚酰胺TFC膜的調(diào)控思路進(jìn)行總結(jié)并對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 基膜改性

制備聚酰胺TFC膜常用的超濾基膜主要有聚醚砜（PES）、聚砜（PSf）、聚丙烯腈（PAN）、聚丙烯（PP）、醋酸纖維素（CA）等。作為聚酰胺分離層的載體，基膜性質(zhì)在一定程度上影響著IP過程。對(duì)于IP 過程的調(diào)控，以往主要是集中在反應(yīng)的成膜機(jī)理以及開發(fā)新型單體、添加劑以提高TFC膜的分離性能和穩(wěn)定性。近年來，研究者逐漸開始關(guān)注基膜性質(zhì)對(duì)IP 過程產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)基膜性質(zhì)（孔徑、孔隙率、親疏水性、表面粗糙度等）對(duì)TFC膜的形貌和結(jié)構(gòu)有著明顯影響。此外基膜性質(zhì)還會(huì)直接影響TFC膜的溶劑滲透性和穩(wěn)定性?；ば再|(zhì)對(duì)分離層結(jié)構(gòu)和性能的影響機(jī)制如表1所示。

圖1 聚酰胺TFC膜IP制備過程示意圖［6］

表1 基膜性質(zhì)對(duì)分離層結(jié)構(gòu)和性能的影響

一般來說，聚酰胺層向基膜孔內(nèi)滲透的越少，TFC膜的滲透性和粗糙度越高。需要注意的是，基膜與分離層結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系是基于模型假設(shè)預(yù)測(cè)的。很多模型為了簡(jiǎn)化條件，通常假定聚酰胺層為致密的無孔膜，因此這些模型存在著一定的局限性。對(duì)于不同的基膜改性條件，模型的適用程度也會(huì)有所不同，在特定的條件下甚至?xí)a(chǎn)生相反的結(jié)果。例如Wang 等[12]在研究基膜孔徑對(duì)聚酰胺分離層結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)表面孔徑較大的PSf基膜上形成的聚酰層表面形貌更平整。而根據(jù)Asim等[9]提出的機(jī)理模型，大孔徑、高孔隙率且疏水的PSf基膜更有利于制備表面較為粗糙的TFC膜。在探究?jī)烧呗?lián)系時(shí)需要根據(jù)實(shí)際的滲透和分離性能對(duì)模型進(jìn)行修正。

大多數(shù)超濾膜孔隙率較低，不僅具有較高的滲透阻力[9]，而且會(huì)影響單體的吸附儲(chǔ)存，影響后續(xù)的聚合過程，對(duì)膜滲透性有著不利的影響。此外聚合物材料本身性質(zhì)的局限性，如孔徑分布不均，會(huì)造成單體在支撐層表面分散不均及孔隙內(nèi)吸附深度和吸附量存在差異從而引起單體在IP 過程中擴(kuò)散的熱力學(xué)不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致難以形成光滑的聚酰胺分離層[13]。相較于控制IP過程中的反應(yīng)條件，基膜改性通過改變基膜性質(zhì)可直接影響TFC 膜的性能，也可以通過影響單體的分布和擴(kuò)散過程來間接影響TFC膜性能。根據(jù)制備階段可將基膜改性分為基膜制備階段改性以及成膜后改性。表2對(duì)基膜改性類型和部分改性方法進(jìn)行了總結(jié)。

在眾多改性方法中，最簡(jiǎn)單直接的是使用溶劑（酸、堿、有機(jī)溶劑等）對(duì)基膜進(jìn)行表面活化或提高聚合物的耐溶劑性。Zhang等[16]用1mol/L的NaOH溶液對(duì)聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維膜表面進(jìn)行親水改性。當(dāng)改性時(shí)間從0延長到4h，制備的TFC親水膜對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%的乙醇溶液的分離系數(shù)也從3提高至30。然而由于聚合物材料本身性質(zhì)的局限性，其改性效果有限，且會(huì)降低無紡布和聚合物層之間的結(jié)合力，使基膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降。因此研究者們更多的還是通過改變聚合物結(jié)構(gòu)或表面性質(zhì)對(duì)基膜進(jìn)行改性。Zhu 等[21]將聚苯胺（PANI）與PES 鑄膜液共混，PANI 既是親水性聚合物又是致孔劑，復(fù)合膜的孔徑、孔隙率和親水性均得到顯著提高。當(dāng)PANI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，TFC膜水滲透通量為15.9L/(m2·h·bar)，MgSO4的截留率為95%。

此外，向基膜表面引入親水中間層也是近年來的研究熱點(diǎn)。與聚合物基膜的本體改性不同，中間層介質(zhì)能夠在保持基膜結(jié)構(gòu)完整的情況下改變聚酰胺層結(jié)構(gòu)。相較于常見的聚合物基膜，中間層介質(zhì)具有更易調(diào)控的孔結(jié)構(gòu)以及表面親疏水性，可使單體分布更加均勻，從而更有效控制單體在IP 過程中的吸收與釋放[22]。Wang等[23]通過真空抽濾在超濾基膜表面形成纖維素納米晶（CNC）中間層。CNC通過靜電作用吸附二胺單體，控制單體擴(kuò)散速率，從而降低了聚酰胺層的交聯(lián)度，提高了一價(jià)/二價(jià)鹽的分離效果。在6bar（1bar=105Pa）運(yùn)行壓力下，水滲透通量為34L/(m2·h·bar)，對(duì)Na2SO4和MgCl2的截留率分別為97.7%和15.5%。此外，中間層也可作為犧牲層，在IP 反應(yīng)結(jié)束后利用溶劑將其刻蝕溶解，進(jìn)而制備超薄聚酰胺層。Karan 等[24]以氫氧化鎘[Cd(OH)2]納米線作為中間犧牲層，制備了超薄聚酰胺層（約8nm）的TFC 膜。Cd(OH)2犧牲層為IP 反應(yīng)提供了非常光滑的表面，其多孔結(jié)構(gòu)有效地控制了水相溶液的均勻擴(kuò)散。對(duì)乙腈的滲透通量達(dá)到了112L/(m2·h·bar)。Wang等[22]以多巴胺改性的金屬有機(jī)骨架（MOF）納米顆粒（ZIF-8）為中間犧牲層，通過改變納米顆粒在表面的聚集形態(tài)，制備了不同褶皺結(jié)構(gòu)的聚酰層，有效提高了膜面積。水滲透通量達(dá)到了53.5L/(m2·h·bar)，對(duì)Na2SO4的截留率為95%。盡管膜性能得到了改善，犧牲層的去除過程一定程度上會(huì)削弱聚酰胺層在基膜表面的附著力，導(dǎo)致機(jī)械性能下降。利用單寧酸（TA）[25]、聚多巴胺（PDA）[26]等多酚類物質(zhì)可通過多種界面作用提高聚酰胺層與基膜的附著力，且對(duì)環(huán)境友好，目前被較多地用于中間層的構(gòu)建。

2 調(diào)控反應(yīng)過程

表2 基膜改性類型及部分改性方法

IP反應(yīng)是聚酰胺TFC膜制備中的關(guān)鍵步驟，其本質(zhì)是發(fā)生在活性單體之間強(qiáng)烈的縮聚反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，聚酰胺層生長的同時(shí)伴隨著自封閉和自終止效應(yīng)[27]。聚酰胺層的結(jié)構(gòu)和性能是由單體的化學(xué)組成和濃度，以及由此產(chǎn)生的理化性質(zhì)（如孔隙率、厚度、表面電荷、交聯(lián)密度等）共同決定的。不同的單體擴(kuò)散速率是導(dǎo)致聚酰胺分離層具有球狀、褶皺狀等形貌的主要原因。Freger[27]通過對(duì)IP反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)IP 過程具有不同的局部聚合物沉積模式。調(diào)控IP 反應(yīng)過程、對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，是制備性能優(yōu)異、重復(fù)性好的TFC膜的前提。調(diào)控IP 反應(yīng)過程關(guān)鍵是精確控制單體在兩相溶液中的分配系數(shù)和擴(kuò)散速率，使聚酰胺層結(jié)構(gòu)合理化。對(duì)此研究者們采用了多種策略來對(duì)IP 反應(yīng)過程進(jìn)行調(diào)控，包括調(diào)控過程參數(shù)、引入添加劑和改進(jìn)IP工藝等。

2.1 調(diào)控過程參數(shù)

在IP 過程中單體間的反應(yīng)速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單體擴(kuò)散速率，故單體擴(kuò)散是IP 反應(yīng)過程的限速步驟。IP對(duì)于反應(yīng)條件的變化十分敏感，反應(yīng)溫度、pH、單體的濃度和狀態(tài)（濕度、純度、化學(xué)活性等）很容易改變單體的擴(kuò)散速率，進(jìn)而影響IP 反應(yīng)的進(jìn)行程度[28]。理論上改變反應(yīng)過程參數(shù)會(huì)改變單體在界面的擴(kuò)散速率，形成具有不同孔隙率和孔隙結(jié)構(gòu)的聚酰胺分離層。表3總結(jié)了IP過程參數(shù)對(duì)聚酰胺TFC膜分離層結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的影響。

為了調(diào)控聚酰胺層內(nèi)外表面的電荷分布，如圖2所示，Liu等[34]通過控制兩相單體濃度、比例和溫度（降低有機(jī)相的溫度），使更少的含胺水相單體擴(kuò)散到反應(yīng)區(qū)域，降低聚酰胺分離層厚度的同時(shí)使膜分離層兩側(cè)帶有不同電荷（分離層外表面未反應(yīng)的羧基水解增強(qiáng)其負(fù)電性，分離層內(nèi)表面殘留的氨基使其荷正電），增加二價(jià)陽離子的截留和抗污染性能。當(dāng)有機(jī)相溫度為-15℃時(shí)，TFC 膜的水滲透通量為18.28L/(m2·h·bar)，對(duì)Na2SO4和MgCl2的截留率均在97%以上。外場(chǎng)強(qiáng)化同樣可對(duì)IP 過程進(jìn)行調(diào)控，如圖3 所示，Huang 等[35]利用微波輔助加熱替代烘箱加熱，水分子振動(dòng)產(chǎn)生的熱量由支撐層內(nèi)部快速均勻地向兩側(cè)傳遞。相較于常規(guī)加熱法，在哌嗪（PIP）濃度較低的情況下，相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)可獲得表面光滑、無缺陷的聚酰胺TFC膜，水滲透通量和分離選擇性得到提高。在6bar 運(yùn)行壓力下，水滲透通量為26.18L/(m2·h·bar)，對(duì)Na2SO4的截留率為97.7%。

圖2 低溫IP過程示意圖［34］

2.2 添加劑調(diào)控

為了改善TFC膜性能，研究者們向水相或有機(jī)相單體溶液中加入添加劑（共溶劑、胺鹽、表面活性劑、納米顆粒等），旨在精確調(diào)控聚酰胺層結(jié)構(gòu)，提高聚酰胺TFC膜的性能，打破其水滲透性和溶質(zhì)截留率的“trade-off”。添加劑的尺寸大小、化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性等理化性質(zhì)會(huì)影響單體的釋放和擴(kuò)散速率，具有活性基團(tuán)的添加劑也可以參與聚合反應(yīng)。表4列舉了部分添加劑種類以及對(duì)分離層結(jié)構(gòu)和性能的影響。

表3 IP過程參數(shù)對(duì)聚酰胺TFC膜分離層結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的影響機(jī)制

影響IP 過程的添加劑種類很多，根據(jù)添加劑的極性和分散性等性質(zhì)的不同，總體上可將其分為水相添加劑和有機(jī)相添加劑，其中水相添加劑占主要部分。水相添加劑大多是通過構(gòu)建額外的水分子運(yùn)輸通道、改變單體擴(kuò)散速率及反應(yīng)速率、增強(qiáng)分離層表面親水性等作用來實(shí)現(xiàn)聚酰胺層結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的調(diào)控。此外，丙酮[36,44]、磷酸三丁酯[45]等非極性有機(jī)相添加劑，通常是通過與有機(jī)相單體形成絡(luò)合物、構(gòu)建水相和有機(jī)相之間的過渡層等作用來調(diào)控聚酰胺層結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。這些調(diào)控通常會(huì)帶來TFC膜水滲透性和抗污染能力的提高。添加劑調(diào)控易操作和放大生產(chǎn)，但其在單體溶液中的分散度以及與聚酰胺分離層結(jié)構(gòu)的相容性是其應(yīng)用的難點(diǎn)。工業(yè)化生產(chǎn)追求過程可操控，以確保能在寬工藝范圍和大尺度參數(shù)下得到性能優(yōu)異且均一的膜產(chǎn)品。而MOFs、沸石等納米顆粒添加劑由于其分散性和相容性差，膜產(chǎn)品批次重復(fù)性不好，目前其有關(guān)研究尚處于實(shí)驗(yàn)室階段。

圖3 微波輔助加熱的IP過程示意圖［35］

表4 添加劑對(duì)聚酰胺TFC膜分離層結(jié)構(gòu)和性能的影響

2.3 改進(jìn)IP工藝

IP 反應(yīng)快速，而傳統(tǒng)的制備工藝很難對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，制備的TFC膜通常具有較高的分離層厚度和表面粗糙度[46]。其厚度范圍通常在100～200nm，極大增加了液體的傳輸阻力。此外，現(xiàn)有的調(diào)控過程有時(shí)會(huì)涉及一些復(fù)雜的操作步驟，阻礙了其工業(yè)化進(jìn)程。近年來，研究者們對(duì)IP 工藝進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，一方面旨在打破水滲透性和溶質(zhì)選擇性的“trade-off”效應(yīng)，另一方面則可降低工業(yè)放大的難度。

Kaur 等[47]在PVDF 納米纖維膜上進(jìn)行逆向界面聚合（IP-r），并與常規(guī)IP 工藝進(jìn)行對(duì)比。相比水相溶液，有機(jī)相溶液由于不易在疏水性基膜表面迅速揮發(fā)，因此更容易保持溶液界面的完整性和均勻性。采用IP-r 法制備的聚酰胺膜結(jié)構(gòu)均勻，濕潤性好，對(duì)MgSO4的截留率為80.7%。此外，IP-r 法制備TFC膜的分離層表面殘余的氨基有利于后續(xù)改性和交聯(lián)。Wang等[48]通過逆向IP（IP-r）在納米纖維素（CN）中間層上制備聚酰胺TFC 膜，并用TMC 溶液進(jìn)行改性。當(dāng)PIP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，相較常規(guī)IP 法，改性后的TFC 膜對(duì)NaCl 的截留率從74%上升至91%。如圖4 所示，Zhu 等[46]采用無基膜的IP 法，在水-正己烷界面制備了12nm 厚的超薄聚酰胺層，之后通過真空抽濾將聚酰胺層粘附在改性PAN 基膜上。該方法消除了基膜對(duì)傳熱和單體擴(kuò)散的負(fù)面影響，促進(jìn)了兩種非混相液體的傳熱，消除了界面的不穩(wěn)定性，水滲透通量達(dá)到了25.1L/(m2·h·bar)，對(duì)Na2SO4的截留率為99.1%。Ma等[49]提出了一種環(huán)保的IP工藝，采用電噴霧技術(shù)將反應(yīng)單體直接沉積在PES基膜上。小液滴尺寸以及較低的單體濃度提高了反應(yīng)的可控性，相比傳統(tǒng)方法，制備的聚酰胺層厚度可低至4nm。當(dāng)噴涂時(shí)間為5min 時(shí)，水 滲 透 通 量 為73.3L/(m2·h·bar)，對(duì)Na2SO4的截留率為99.1%。通過對(duì)噴涂時(shí)間的調(diào)控， TFC 膜可由疏松NF 膜轉(zhuǎn)變?yōu)镽O 膜。Chowdhury等[50]提出了一種全新的3D打印技術(shù)（圖5），利用電噴霧技術(shù)將反應(yīng)單體沉積到基膜表面制備聚酰胺RO膜，實(shí)現(xiàn)了聚酰胺膜厚度及表面粗糙度的納米級(jí)別精細(xì)調(diào)控。采用3D 打印技術(shù)制備的聚酰胺膜厚度最低為15nm。同時(shí)相較于商品化RO膜具有更優(yōu)異的性能，水滲透通量可達(dá)3.68L/(m2·h·bar)，對(duì)NaCl的截留率95%。

3 后處理

IP 反應(yīng)具有自抑性，相界面生成的聚酰胺層會(huì)阻礙單體向反應(yīng)區(qū)的擴(kuò)散，降低反應(yīng)速率。兩相界面間瞬間反應(yīng)結(jié)束，除去多余溶液后，IP 反應(yīng)不會(huì)立即終止。聚酰胺層表面殘留的活性單體往往還會(huì)自發(fā)進(jìn)行后續(xù)的交聯(lián)反應(yīng)，膜表面上的殘余活性基團(tuán)也可作為活性位點(diǎn)與活性小分子、聚合物或納米顆粒發(fā)生反應(yīng)[51]。因此，后處理也是調(diào)控聚酰胺分離層結(jié)構(gòu)和性能的常用手段，具有簡(jiǎn)單有效、易于規(guī)?；膬?yōu)點(diǎn)。后處理按照目的可分為分離層的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)調(diào)控。

圖4 水-正己烷界面制備聚酰胺分離層示意圖［46］

圖5 電噴霧IP過程側(cè)視和俯視示意圖［50］

熱處理是調(diào)控分離層物理結(jié)構(gòu)最常用的手段，高溫使TFC膜內(nèi)部的殘留溶劑揮發(fā)，并促使未反應(yīng)的單體進(jìn)一步反應(yīng)從而提高交聯(lián)度，同時(shí)熱處理時(shí)間越久，膜表面殘余酰氯基團(tuán)水解成羧酸的程度相應(yīng)減少。Zhan 等[52]通過控制熱處理的溫度和時(shí)間，發(fā)現(xiàn)在熱處理過程中由于單體進(jìn)一步的縮聚反應(yīng)，聚酰胺層表面會(huì)形成結(jié)節(jié)狀結(jié)構(gòu)，從而增加膜表面粗糙度。之后隨著熱處理時(shí)間延長，殘留溶劑揮發(fā)，結(jié)節(jié)狀結(jié)構(gòu)逐漸消失。此外，聚酰胺層交聯(lián)度的增加提高其穩(wěn)定性，在30bar 的運(yùn)行壓力下，水滲透通量的下降趨勢(shì)明顯小于空白膜。Chong 等[53]在熱處理時(shí)在膜下方加入玻璃板，由于玻璃板具有較低的熱導(dǎo)率，阻止了烘箱對(duì)基膜的直接加熱。玻璃板在保護(hù)基膜結(jié)構(gòu)的同時(shí)，限制了孔隙中水分的蒸發(fā)，增強(qiáng)膜表面的致密性。相較于常規(guī)的熱處理方式，TFC膜的水滲透通量從0.28L/(m2·h·bar)增加到1.15L/(m2·h·bar)，NaCl的截留率從88.1%提高到94.35%。Liu等[54]采用熱水浴對(duì)TFC膜進(jìn)行后處理，熱水浴條件下膜受熱均勻，在去除膜孔中殘留有機(jī)溶劑的同時(shí)，也促進(jìn)了PIP與TMC的反應(yīng)。制備的TFC膜具有較低分離層表面粗糙度和厚度，水滲透通量為13.6L/(m2·h·bar)，對(duì)MgSO4的截留率為95%。

溶劑處理也是十分常用的方法，通過溶劑浸泡使分離層結(jié)構(gòu)發(fā)生溶脹和變形，同時(shí)溶液的pH 也會(huì)影響聚酰胺的水解程度。Shin 等[55]使用芐醇（BA）對(duì)聚酰胺層進(jìn)行活化，BA 使聚酰胺發(fā)生溶脹，形成了更多的水分子傳輸通道，水滲透通量提高了40%。Jimenez 等[13]使用有機(jī)溶劑N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亞砜（DMSO），在不影響超濾基膜的條件下將聚酰胺分離層中松散的小分子聚集物溶解，顯著提高了水滲透性。并且由于分子鏈間的溶脹重排作用，可大幅減少分離層中的缺陷。

4 結(jié)語與展望

本文從基膜改性、調(diào)控單體反應(yīng)過程、聚酰胺層后處理3個(gè)角度綜述了目前對(duì)聚酰胺TFC膜理化性質(zhì)和分離性能的調(diào)控優(yōu)化。優(yōu)化基膜表面孔結(jié)構(gòu)、親疏水性和粗糙度，可抑制聚酰胺層向基膜的滲透和調(diào)節(jié)親水單體的擴(kuò)散，獲得更加光滑親水超薄的聚酰胺皮層，提高TFC膜的水滲透性、分離選擇性和抗污染性能。精確控制IP 過程參數(shù)可以調(diào)控單體擴(kuò)散速度和反應(yīng)程度，獲得符合預(yù)期的膜分離性能；向單體中加入添加劑，通過影響單體的釋放和擴(kuò)散速率精確控制聚酰胺層結(jié)構(gòu)，有望打破水滲透性和溶質(zhì)截留率的“trade-off”；對(duì)IP 工藝進(jìn)行改進(jìn)，可提高對(duì)IP 過程的可控性，實(shí)現(xiàn)TFC 膜性能的飛躍；對(duì)于后處理，可改變聚酰胺分離層的理化性質(zhì)，簡(jiǎn)單易行的對(duì)TFC 膜進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)。雖然目前對(duì)于聚酰胺TFC膜結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控的研究取得了一定的進(jìn)展，但是仍有許多尚未解決的問題。

首先，對(duì)于基膜的選擇標(biāo)準(zhǔn)尚不清晰。高親水性不一定是選擇基膜材料的唯一標(biāo)準(zhǔn)，親水性高的基膜，分離層與基膜之間的附著力較弱[58]，降低膜組件使用壽命；基膜性質(zhì)的微觀變化會(huì)對(duì)TFC膜性能產(chǎn)生較大影響，降低規(guī)?；a(chǎn)的穩(wěn)定性。其次，IP過程對(duì)反應(yīng)條件變化十分敏感，降低TFC膜的不同批次重復(fù)性，導(dǎo)致對(duì)聚酰胺分離層構(gòu)效關(guān)系的研究存在一定難度。另外，受限于現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)微觀尺度上的IP反應(yīng)機(jī)理研究尚不深入，機(jī)理模型仍存在一定的局限性，對(duì)于一些反常的現(xiàn)象無法從分子尺度上解釋其原因。最后，基膜改性和構(gòu)建多孔中間層通常操作復(fù)雜、增加成本，一些改進(jìn)型IP工藝放大比較困難，不利于大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室研究成果走向工業(yè)化還有一段距離。當(dāng)然，在實(shí)驗(yàn)室研究中加深對(duì)IP過程的理解將有助于TFC膜規(guī)?；苽鋾r(shí)針對(duì)工況變化進(jìn)行配方和工藝的調(diào)整。

因此，對(duì)IP 過程調(diào)控的發(fā)展還應(yīng)著眼于以下幾個(gè)方面。

（1）注重基膜理化性質(zhì)與聚酰胺層結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，開發(fā)性能更加優(yōu)異的基膜材料，建立適用于不同基膜材質(zhì)的IP 反應(yīng)機(jī)理模型，提高模型的普適性。

（2）注重對(duì)聚酰胺分離層構(gòu)效關(guān)系的研究，從微觀尺度上探明反應(yīng)條件變化對(duì)聚酰胺分離層結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響，更深層次的理解過程參數(shù)、添加劑對(duì)于單體擴(kuò)散-反應(yīng)過程的影響機(jī)制。

（3）創(chuàng)新IP工藝，優(yōu)化單體的擴(kuò)散反應(yīng)方式，打破TFC 膜性能的“trade-off”效應(yīng)，降低工業(yè)化難度。

（4）研究不同溶劑對(duì)聚酰胺結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理，開發(fā)綠色制膜溶劑，發(fā)展更加簡(jiǎn)便高效、易集成放大的膜改性和后處理工藝。