刺激响应性分离膜是一类可通过感知周围环境变化（pH，光，热，氧化还原等）实现对膜通量可逆调节的膜材料。为实现这种独特的智能调控机制，目前主要的策略是将各种响应性聚合物或交联网络通过自由基聚合的方式修饰到商用膜的孔道表面。然而，该方法制备得到的聚合物链长通常较不均匀，易对膜调控的精确度产生影响。另一方面，膜的功能还相对单一：膜所处理的“污水”的成分通常十分复杂，其pH各异且含有重金属离子；在实现智能门控的同时，实现对污水的pH值和重金属离子情况的检测和分析也十分重要，可为水质评价和处理提供一定指导。

  浙江工业大学的杨晋涛教授/郑司雨副研究员课题组前期在功能性两性离子聚合物的设计、制备及应用领域已取得一系列研究进展：通过苯乙烯可聚合基团设计，实现了两性离子聚合物的强反聚电解质效应，构筑了一系列具有杀菌-防污-细菌释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），开发了多种两性离子高韧性功能凝胶材料并运用至水下粘附、太阳能海水蒸发等含盐水体环境应用（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，作者基于一种苯乙烯可聚合两性离子聚合物[聚4-（2-磺乙基）-1-（4-乙烯基苄基）吡啶鎓甜菜碱，PVPES]设计了一种多刺激响应智能门控膜。具体地，以Stober溶胶法制备了粒径均一的SiO₂纳米颗粒为支架，在其表面通过SI-ATRP生长PVEPS分子刷，然后在压力作用下在纤维滤膜表面原位组装PVPES-SiO₂颗粒获得门控膜。所得膜材料的孔道均匀，且在PVEPS分子刷壳层保护下，在水体中具有较好的形态稳定性。同时，得益于PVPES的多响应性特性，该门控膜具有以下功能：

  1）碱金属盐响应孔径可逆调节：可通过ATRP调控聚合物刷长度以及碱金属盐的盐浓度（基于两性离子高分子的反聚电解质效应，在盐水刺激下聚合物链舒展溶胀）实现水通量0-15330 L m^-2 h^-1 bar^-1的大范围调节。并且，该响应机制适用的盐种类广泛，且呈现出的响应规律与Hofmeister序列一致。

  2）碱响应外观变色：基于PVPES的碱响应变色，所制得得PVPES-SiO₂自组装膜在pH=7-14范围内可发生明显的颜色变化（毗邻色差远大于1），且变色速度迅捷，具有灵敏的污水pH检测功能。

  3）对重金属离子的吸附和荧光响应：由于吡啶官能单元的存在，该膜在污水处理的过程中对重金属离子吸附能力较好，对Cu²⁺, Fe³⁺的吸附量分别达到了65.3%和86.6%，且伴随重金属离子的吸附还存在荧光猝灭现象。

  4）防污性能及反聚电解质效应驱动的表面清洁功能，有效防止微生物及蛋白质的吸附和堆积。

图4  PVPES-SiO₂自组装膜的机械性能和防污性能

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145185