近日，9428cn太阳集团古天乐副院长薛立新，在期刊Journal of Membrane Science上发表题为“Liquid-solid interface polymerization: a simple approach for efficient polyamide/polyethylene thin film composite total heat exchange membranes construction”的研究论文。为了简化下一代PA/PE-TFC全热交换膜的制备过程，该工作提出了一种通过完全挥发非极性有机溶剂的新型液固（LS）IP工艺方法。有机相首先负载在PE表面上，形成TMC单体的固体涂层，含二胺单体PIP的水相可以在涂层上很好地扩散和扩散表面形成连续致密的PA层。通过液-固界面聚合（LSIP）制备PA/PE-TFC全热交换膜，避免使用极性有机溶剂或表面活性剂以简化工艺并避免PA表面缺陷的形成。

在碳达峰、碳中和的远景下，建筑节能要求的升级是一种长期趋势。全热交换膜作为热交换新风系统的重要组成部分，通过提供健康、舒适的室内环境，促进了绿色建筑的发展。以往的全热交换膜以热回收为目标，很少集中于改善室内环境。因此，研发出可满足上述需求的高性能全热交换膜成为研究下一代全热交换膜的关键所在。针对上述关键问题，本篇工作探讨了一种构建PA-TFC全热交换膜的新方法，具体创新策略与思路包括：（1）液-固界面聚合方法的建立，（2）膜性能的优化。

要点一：液-固界面聚合方法的建立

通过简单的LSIP工艺，PIP单体可以快速铺展到固体TMC涂层，形成包裹PE基底的连续PA分离层。此方法避免了液-液反相界面聚合过程中引入溶剂或表面活性剂使得IP过程复杂化，降低了PA层中产生缺陷的可能性，制备得到的膜实现了高水蒸气透过量的同时大幅度提高了膜的二氧化碳阻隔能力，LSIP工艺制备的全热交换膜的CO₂渗透率为2.9-11 GPU。传统RIP工艺制备的PA/PE-TFC显示了PE表面上形成的PA很少（图1b），而由LSIP工艺制备的PA/PE-TFC形成了大量的PA聚合物，紧密地密封了PE基材上的孔，形成紧凑凸形结构。

表1 不同方法制备的全热交换膜的透湿量和CO₂透过量

图1 不同制备方法所得膜表面形貌的比较：( a ) PE膜；( b ) RIP；( c ) LSIP

要点二：膜性能的优化

为了进一步优化膜性能，通过改变PIP与TMC聚合的反应条件（如单体浓度、反应时间），制备了一系列PA/PE-TFC全热交换膜并系统研究了反应条件对膜的结构特征、表面特性以及透湿阻气性能的影响。在实验中，我们发现单一气体测试CO₂渗透率数据与混合进料测试CO₂交换效率的变化趋势具有较好的相关性，主要受PA层厚度和交联度的影响。焓交换的发展趋势主要受到在线水分交换效率（ŋ_M）的控制，主要与膜表面的亲水性相关，而离线水蒸气通量与PA层厚度和PA层交联度相关性更大。LSIP制备的优化的PA/PE-TFC 全热交换膜（0.20P-0.10T-6）显示出0.9 GPU的超低CO₂渗透率和高水蒸气通量为2128 g/（m²·24h），对应的最低在线二氧化碳泄漏效率2.7%和最高水分交换效率为69.3%，具有超高的在线显热交换效率为94.3%，焓交换效率为76.8%。

图2 反应参数与膜性能

本论文以“Liquid-solid interface polymerization: a simple approach for efficient polyamide/polyethylene thin film composite total heat exchange membranes construction”为题发表在《Journal of Membrane Science》上。该工作由我院副院长薛立新研究团队完成，薛立新为通讯作者，该文章还将温州大学化学与材料工程学院和9428cn太阳集团古天乐列为共同通讯单位。本研究工作由国家自然科学基金委基金项目（21975222, U1809213）资助完成。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123098

DOI：10.1016/j.memsci.2024.123098

通讯作者简介

薛立新：中国科学院特聘研究员、浙江省膜分离与水处理协同创新中心副主任、温州大学化学与材料工程学院瓯江领军人才，9428cn太阳集团古天乐副院长，博士生导师。曾经在美国Honeywell、 Philip Morris、Celanese等公司和中国科学院担任高级科研管理人员二十多年，主持高性能高分子膜合成和高分子加工新技术研发等科研项目，发表SCI论文130多篇，申请美国和PCT国际授权发明专利58项，中国专利277项（授权164项）。曾获得中国科技大学亿利达实验科学奖（1986年），中国科学院科技进步三等奖（1989年），AlliedSignal公司专利发明人奖（1999年）和两次菲律普莫里斯技术杰出贡献奖（2003年和2006年）。1999年入选国际专业名人录(International “Who is Who”of Professionals)，2010年入选浙江省级人才计划，2015年获得中科院宁波材料所最佳论文奖、入选国家级人才引进和中国科学院特聘研究员, 被提名国际ENI奖；2018年获得中国膜工业协会科技进步一等奖，同年获《Journal of Membrane Science》编委会杰出审稿奖和浙江工业大学海洋学院科研优秀奖，2019年获得中国国家专利优秀奖（2019），2021获得国际先进材料学会科学金奖（IAAM Science Metal）。

第一作者简介

王慧敏：浙江工业大学化学工程学院2021级硕士研究生。主要研究方向为全热交换膜研究等。