本文制备了具有聚集诱导发光（AIE）效应的聚合物膜，该AIE效应可用于界面聚合及膜污染的实时监测。该膜由环糊精基糖簇（CD@Glucose）与硼酸基团修饰的四苯乙烯衍生物（TPEDB）在聚丙烯腈（PAN）超滤膜表面进行界面聚合制备而成。层层堆叠的界面聚合可以调节膜的孔结构、亲水性和过滤性能。随着界面聚合层数的增加，膜的分离性能和抗污性能逐渐提升。由于存在AIE活性分子TPEDB，界面聚合的发生可通过荧光光谱仪进行监测，膜污染程度可通过荧光强度进行判断。膜的污染程度及使用寿命可通过紫外线照射进行监测。

研究背景

        膜技术在分离和净化领域具有广泛的工程应用，但对膜表面的微观结构和组成进行精确、实时的表征一直是极具挑战性的课题。与此同时，膜污染是膜运行过程中不可避免的问题，这主要是由于颗粒物或溶质在膜表面或孔道中积聚并形成污染层，从而降低膜的透过率、增加运行能耗并降低工艺效率。严重污染的膜需要使用昂贵的化学试剂进行清洗或更换后才能继续运行。因此，对膜污染进行监测和及时维护对延长膜的使用寿命具有重要意义。

重要内容

        基于上述背景，南京理工大学环境与生物工程学院张强教授课题组通过在聚丙烯腈（PAN）超滤膜表面进行界面聚合，制备了一种具有聚集诱导发光（AIE）效应的聚合物膜。该膜由环糊精基糖聚合物（CD@Glucose）与硼酸基团修饰的四苯乙烯衍生物（TPEDB）通过界面聚合反应制备而成。该膜可用于实时监测界面聚合过程以及膜污染情况（图1）。

图1  具有AIE效应的高分子膜的合成路线及膜污染监测示意图

文章证实了荧光分布的变化可用于监测界面聚合的发生(图2)。TPEDB的AIE效应使其在固态下呈现出明亮的荧光斑点。然而，当其在玻璃载片上进行界面聚合时，荧光分布变得不均匀且不规则。图2展示了通过LSCM测量的聚合物的荧光、明场及叠加图像。与CD@Glucose和TPEDB的均匀分布不同，聚合物呈现出规则的圆形荧光环，表明CD@Glucose与TPEDB之间的交联改变了分子分布。

图2  (a) 荧光图像，(b) 明场图像和 (c) 叠加图像，这些图像通过界面聚合获得（荧光通道的激发波长：488 nm）

文章证实了层层堆叠的界面聚合可以调节膜的孔结构、亲水性(图3)。水接触角随着聚合物层的增加发生了显著变化，水接触角测试结果显示，PAN-CDTPE1.5、PAN-CDTPE5.5和PAN-CDTPE10.5具有较好的亲水性，其水接触角分别为77.1°、65.2°和70.1°。上述结果表明，界面聚合反应的最后一步反应物决定了膜表面的成分和亲水性。扫描电子显微镜（SEM）图像与表面荧光分布图像显示，聚合物层数的增加可以有效填充孔隙并减小膜的孔径。

图3  (a) 聚丙烯腈原始膜和界面聚合制备的AIE活性膜表面的水接触角; 表面荧光图像:PAN-CDTPE1.5、PAN-CDTPE5.5和PAN-CDTPE10.5（b1、b2、b3）; 扫描电子显微镜（SEM）图像：(c) PAN、(d）PAN-CDTPE1.5、(e) PAN-CDTPE5.5 和(f) PAN-CDTPE10.5 表面（刻度尺：5 µm）

文章通过自制横流过滤系统，对四种具有不同聚合物层的膜（PAN、PAN-CDTPE1.5、PAN-CDTPE5.5 和 PAN-CDTPE10.5）的水通量、染料截留率以及染料/盐分离性能进行了评估（图4），测试了每种膜对MO、LY和MB的截留率。实验证实了随着聚合物层数的增加，这三种染料的截留率逐渐提高。 

图4  (a) PAN、PAN-CDTPE1.5、PAN-CDTPE5.5和PAN-CDTPE10.5的纯水通量；(b)膜对MO、LY和MB的排斥反应；(c)膜对不同大小的分子的排斥作用；(d) PAN-CDTPE10.5对染料和盐混合溶液的分离效果

文章展示了测试了AIE活性膜的膜污染监测能力(图5)。在膜用去离子水预压1 h后，连续监测纯水过滤1 h及BSA水溶液（50 mg·L⁻¹）过滤5 h 的过程。每隔一定时间记录PAN-CDTPE1的荧光光谱与紫外光下的光学图像。随着截留时间的增加，膜污染逐渐加剧。有效截留区域的颜色逐渐加深，发出的蓝绿色荧光也逐渐减弱。结果表明，AIE活性膜在膜污染实时监测方面具有显著优势和广阔应用潜力。对PAN-CDTPE10.5进行了抗污性能测试并利用AIE效应进行膜污染的监测，证实了多层界面聚合可有效提升膜的抗污性能。

图5  PAN-CDTPE10.5对BSA溶液的循环渗透实验，每个循环之间用甲醇和水清洗膜。(a)循环渗透实验归一化通量（插入：PAN-CDTPE10.5对应时间在365 nm紫外光下的光学图像）；(b) PAN-CDTPE10.5在相应时间（激发波长为350 nm）的荧光光谱

赵梦瑶硕士研究生是该论文的第一作者，张强教授为通讯作者，该工作以题为“Monitoring the interfacial polymerization and membrane fouling of selective layer with boronate ester linkages via aggregation-induced emission.”发表在Chinese J. Polym. Sci. 上。

Citation:

Zhao, M. Y.; Luo, X. Z.; Li, D.; Dong, Y. Q.; Wang, Q.; Xu, X. L.; Zhang, Q. Monitoring the interfacial polymerization and membrane fouling of selective layer with boronate ester linkages via aggregation-induced emission. Chinese J. Polym. Sci. 2025, 43, 1505–1515