近年來，有機溶劑納濾技術逐漸興起。利用該技術常溫環境下，通過壓力作用，就能對工業物料在分子級別進行分離，相比傳統的熱法分離，其可以顯著降低能耗。然而，在其中起關鍵作用的聚合物膜材料，存在易被有機溶劑侵蝕、孔徑不穩定等問題。
針對這些問題，浙江大學高分子科學與工程學系、浙江大學紹興研究院朱利平教授研究團隊運用分子層沉積法，制備出可用于有機溶劑納濾的超薄聚酰胺納米微孔膜，令藥物提純不再依賴于加熱蒸餾過程。主要的納濾分離層，厚度可在數十納米范圍調節。相關研究論文近日在線發表于國際學術期刊《美國化學會·應用材料與界面》。
生物制藥、化學合成等過程會使用大量有機溶劑，傳統生產工藝普遍采用蒸餾、精餾等方法純化藥物、回收溶劑，依賴物料的相變過程，能耗多且成本高。
“傳統的熱法分離可理解為燒水熬制，相變過程即氣態液態之間的轉換，能耗之高不難想象?！敝炖浇榻B，根據業內統計，工業分離過程能耗約占全球總能耗的10%—15%，占所有工業過程能耗的45%—55%。如果用膜分離技術替代熱法分離，可以節約能耗80%—90%。
朱利平說，在用于藥物純化與精制等時，有機溶劑納濾技術所采用的聚酰胺納濾膜就像篩子一樣，把有效成分過濾分離，過程溫和，可避免熱敏性成分失活，且不發生相變、能耗低，對助力“雙碳”戰略具有重要意義。但現有的水處理用聚酰胺納濾膜材料難適用于有機溶劑體系，目前僅少數國家實現了有機溶劑納濾技術的工業應用。
朱利平研究團隊歷時三年，就提升納濾膜穩定性、過濾精度等問題開展攻關。
“最終成品就是那么一張‘紙’，雖然看起來很薄，但實際上有三層結構。”論文通訊作者之一、浙江大學高分子科學與工程學系副研究員方傳杰介紹，滌綸材質的無紡布作為支撐層，厚度為0.1—0.2毫米；聚酰亞胺材質的多孔超濾支撐層，厚度約為250微米；交聯聚酰胺構成的納濾分離層，對分離效果起決定性作用。
在實驗室內，科技日報記者看到，科研人員將維生素B_12與乙醇的混合溶液倒入過濾池，啟動磁力攪拌器確保溶液濃度均勻，操作調壓閥向過濾池內穩定供壓，片刻之后，順著過濾池的導管，乙醇就從溶液中被逐漸分離出來了……
“過濾池底部鋪墊的就是我們研制的超薄聚酰胺納米微孔膜，其他與維生素B_12藥物分子大小類似的藥物分子均可通過此技術與溶劑分離，實現濃縮和提純?！闭撐淖髡咧?、浙江大學高分子科學與工程學系碩士生李付鵬說。
整張薄膜中，有機溶劑先后和納濾分離層、超濾支撐層、無紡布接觸。方傳杰解釋道，中間的超濾支撐層就像在無紡布上刮一層膩子，然后浸入水中凝固成膜。這層“膩子”表面還能生成凸起的化學連接點，參與生成納濾分離層。
方傳杰告訴記者，有機溶劑中要分離的溶質直徑約0.5—2納米，兼顧滲透效果和耐用性等，納濾膜分離層需要具有孔徑小、厚度薄、化學耐受性強等特點。
朱利平介紹，此次研究中，團隊采用不同于常規界面聚合的分子層沉積法，利用“膩子”表面的化學連接點進行表面化學吸附并發生反應而形成分子尺度的沉積薄膜，還能通過控制分子層沉積周期數精確控制薄膜的厚度，一層層“編織”出精密篩網。
經過多次實驗驗證，研究團隊制備的聚酰胺膜表面光滑，厚度在10—35納米范圍內，線性可控、結構均一完整且應用穩定，對有機溶劑中目標物的過濾效率在90%以上。
“團隊這項成果處于實驗室階段，成果轉化計劃正有序進行?！敝炖奖硎?，全球范圍內，相關產業總體處于起步階段，未來的市場前景值得期待。
