可生物降解分离膜材料及其 应用研究进展

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2021-04-18   环球过滤分离技术网   nanotech3

         在绿色化学理念的引导下，可生物降解膜材料受到了广泛的关注，有望成为传统分离膜材料的补充和替代品。本文首先分析了传统的不可降解分离膜材料的现状及问题，然后综述了当前较为热门的几种可生物降解膜材料，讨论了它们的发展状况，详细介绍了它们在膜相关领域中的应用，并针对它们的局限性做出了说明并提出了一些解决方案。随后，分析了可生物降解膜材料的生物降解机理，从分子结构角度对膜材料的可生物降解性进行了说明，这将有利于剖析膜材料生物降解的本质，进而平衡膜材料在使用中的稳定性和生物降解性。最后，文章对可生物降解膜材料在发展中遇到的问题进行了展望，并指出随着研究的不断深入，可生物降解膜材料具有广阔的前景和深远的现实意义。



图1  超疏水电纺PLA纳米纤维膜的制备及性能



图2  SiO2@TiO2基核壳复合纳米粒子结构与照片




图3  两种水解机理示意图





图4  酶促降解过程示意图


表1  部分传统膜材料与可生物降解膜材料比较

         自从膜分离技术诞生以来，膜分离技术被广泛用于水环境领域中污染物的有效分离。然而，当越来越多的膜被使用，废弃的膜被丢弃，成为“白色垃圾”，造成严重的环境污染。为响应国家号召，深入可持续发展战略，建设生态友好型社会，使用可生物降解材料代替传统的一次性材料势在必行。近年来，相关科研人员对此做了大量努力，使可生物降解材料在膜领域有了一定的实用性和功能性。大量可生物降解材料成功应用于膜的制备，本文针对这些材料进行了简要的综述，并提出了相应的问题。

（1）可生物降解材料的制造技术是影响其在膜领域应用的根本因素。在过去的20世纪，由于材料科学的限制，提取及合成的可生物降解材料的分子量和理化性质很难满足膜应用的需要，且成本过高，只能应用于极少的领域。随着材料合成技术的发展，可生物降解膜材料的理化性质和机械强度得到了显著提升，成本也随之下降，应用范围逐渐扩展。在未来，会有更多材料的科学研究成果被应用于高分子材料的制造，使得可生物降解膜材料的品质得到进一步的提升，可应用到更多的分离领域。

（2）改性可生物降解膜仍然是值得关注的研究热点之一。本文用大量篇幅介绍了最新的共混改性和表面改性技术在可生物降解膜制备中的应用实例。使用纳米粒子和其他功能性材料对膜进行改性是膜制备过程中常见的改性方法，此外，在其他传统聚合物膜中的改性方法也可以应用到可生物降解膜的制备过程中。针对某些可生物降解膜材料水通量低、亲水性差的问题，可使用功能材料或其他可生物降解分子材料对其进行亲水改性；针对有些可生物降解膜材料截留效果差、孔径分布不均的问题，可通过分子设计理念，调控膜孔结构，提升膜的性能。此外，还可利用大分子涂覆沉积、共混-刻蚀、表面偏析等手段改变膜的表面结构，达到改性的目的。

（3）可生物降解膜材料的长期稳定性是在其发展过程中必须得到关注的问题。无论是多糖类材料还是聚酯类材料，可生物降解膜材料在使用过程中的稳定性问题都是科研人员需要考虑的实际问题。由于可生物降解材料在水中存在一定的水解现象，以及水中存在的微生物也会对膜造成一定的腐蚀，导致膜的使用寿命不长。因此，寻找可生物降解膜材料的降解性与使用寿命之间的平衡，开发特定条件下可生物降解膜材料是推广可生物降解分离膜的关键所在。

总之，可生物降解膜材料的研究才刚刚起步，还存在着发展不平衡不充分的问题，与市场上业已成熟的不可降解的膜材料存在着一定的差距。膜材料的应用范围还有待进一步开发，一些膜材料的性能还有待进一步提高，以使其能够适用于更复杂的现实需求。当然，生产成本也会影响市场对膜材料应用的选择。因此，继续寻找合适的催化剂从而开发新的生产工艺来降低材料的成本，也是提高可生物降解膜材料竞争力的有效手段。

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