超滤膜是一种介于纳滤膜与微滤膜之间的微孔过滤膜，其孔径范围为1-100nm，主要用于分离悬浮小颗粒与大分子物质，广泛应用于饮用水净化、果汁饮料以及生物医药领域。聚砜平板膜因其优良的综合性能而被广泛使用，但其易污染的问题限制了其应用。为此，学者们提出了多种改性方法，其中基于原子转移自由基聚合（ATRP）法的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜的制备方法展现了显著的效果。本文将详细探讨这一方法及其应用优势。
原子转移自由基聚合（ATRP）是一种有效的聚合反应方法，广泛用于高分子材料的合成和改性。其核心在于通过控制引发剂和催化剂的使用，实现对聚合反应的精确控制，从而获得具有特定结构和性能的聚合物。ATRP法在超滤膜的亲水性改性中具有独特的优势，可以在氧化石墨烯（GO）表面直接生长聚合物，从而显著提高膜的亲水性和抗污染性能。
ATRP反应的合成路线如下：首先，3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）与GO表面的羟基进行偶合反应，生成含有氨基的GO-NH2。其次，2-溴代异丁酰溴在吡啶的催化作用下与GO-NH2进行酰溴化反应，生成引发剂GO-Br。最后，GO-Br与甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）在催化剂作用下进行ATRP反应，得到改性填料GO-g-PHEMA。这些步骤的原料包括GO、APTES、2-溴代异丁酰溴、吡啶、HEMA和催化剂等。
基于ATRP法的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜的制备方法主要包括以下几个步骤：
1. GO-NH2的制备：将5-15g的GO加入400-600mL乙醇中超声25-35min，分散均匀后加热至55-65℃，加入8-12mL的APTES，搅拌反应10-14h，得到初步产物GO-NH2，并通过离心分离和乙醇清洗提纯。
2. 引发剂GO-Br的制备：将5-15g的GO-NH2与1-4g吡啶溶于500-700mL无水甲苯中，冷却至0℃，分三次加入8-12mL的2-溴代异丁酰溴，反应8-12h以上，得到初步产物GO-Br，并通过离心分离和真空干燥提纯。
3. 改性填料GO-g-PHEMA的制备：将6-10g的GO-Br、0.5-2mmol五甲基二乙烯三胺和15-25mL的HEMA加入300-500mL去离子水中，超声分散20-40min，进行三次冷冻解冻循环后，在氮气条件下加入催化剂，40-60℃下反应1-15h，得到初步产物GO-g-PHEMA，并通过去离子水清洗和离心分离提纯。
4. 共混超滤膜的制备：将70-90℃下干燥6-10h的聚砜溶于有机溶剂（如N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜）中，加入0.5-3%的GO-g-PHEMA，超声20-40min，混合溶液在50-70℃下搅拌12-18h，静止脱泡8-12h后，刮涂在无纺布上，采用10-20℃反渗透产水处理凝固成膜，再通过70-90℃反渗透产水清洗，得到最终的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜。
通过ATRP法制备的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜具有显著的性能优势。首先，GO经APTES修饰和酰溴化反应后，与膜的粘结性增强，提升了膜的稳定性。其次，GO表面接枝HEMA后，不仅提高了其在有机体系中的分散性和相容性，还保留了其亲水性，从而大幅提升了膜的亲水性和抗污染性能。此外，通过控制反应时间，可以精确调控接枝比例，使填料粒子牢牢吸附在膜/孔表面，形成典型的三层结构：致密的表层（富集GO-g-PHEMA）、指状支撑层和海绵状底层结构。这使得所制备的超滤膜在纯水通量、截留率和抗污染性能上都表现出色，纯水平均通量高达320L/m2·h，牛血清蛋白的截留率在89%以上，并且在长时间运行中性能保持稳定。
抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜在饮用水净化、果汁饮料以及生物医药领域具有广泛的应用前景。其优异的亲水性和抗污染性能不仅能有效减少膜污染，延长膜的使用寿命，还能降低运行成本和能耗。特别是在饮用水净化领域，这一超滤膜技术能有效去除水中的悬浮颗粒和大分子污染物，提供更加安全和高质量的饮用水。此外，在果汁饮料和生物医药领域，抗污染超滤膜技术能够用于精密过滤和分离，提高产品的纯度和质量，满足市场对高品质产品的需求。
基于ATRP法的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜的制备方法为超滤膜技术的发展提供了一种新的思路和方法。其在提高膜的亲水性、抗污染性能和稳定性方面的显著优势，使其在多个领域展现出广阔的应用前景。随着技术的不断成熟和推广，这一方法将进一步推动超滤膜技术的应用和发展，满足市场对高效、环保和高性能膜产品的需求。
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