Abstract Surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) is a powerful method to uniformly modify the surface of reverse-osmosis (RO) membranes with functional polymers and prevent biofouling. However, immobilization of the initiator, an essential step of SI-ATRP, is difficult to perform directly on commercial polyamide RO membranes. This study describes an effective pretreatment method to immobilize ATRP initiators on the surface of polyamide RO membranes and the effect of the polymer chain length on the biofouling behavior. Firstly, RO membrane surfaces were aminated with 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTES). Then, α-bromoisobutyryl bromide (BIBB), an acyl halide-type ATRP initiator, was reacted with the APTES layer. A zwitterionic polymer, poly[(2-methacryloyloxy)ethyl]dimethyl[3-sulfopropyl]ammonium hydroxide (pMEDSAH), was then grafted on the membrane surface via SI-ATRP. The APTES treatment effectively improved the amount of BIBB immobilized on the membrane surface, maintaining the water permeability and salt rejection properties of the RO membrane. pMEDSAH grafting enhanced the surface hydrophilicity and changed the surface to a smoother and denser morphology. Regarding the biofouling behavior, static bacterial adhesion on the membrane surface was prevented by increasing the ATRP polymerization time. In cross-flow bacterial filtration tests, the membranes grafted with pMEDSAH at polymerization times of over 1 h presented no permeability decline and little biofilm coverage.

中文翻译：

---

通过表面胺化和原子转移自由基聚合对聚酰胺反渗透膜进行两性离子聚合物改性以防止生物污染

摘要 表面引发原子转移自由基聚合 (SI-ATRP) 是一种有效的方法，可以用功能聚合物均匀地修饰反渗透 (RO) 膜的表面并防止生物污染。然而，引发剂的固定化是 SI-ATRP 的一个重要步骤，很难直接在商用聚酰胺 RO 膜上进行。本研究描述了一种将 ATRP 引发剂固定在聚酰胺 RO 膜表面的有效预处理方法，以及聚合物链长对生物污染行为的影响。首先，RO膜表面用3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTES）胺化。然后，α-溴异丁酰溴 (BIBB)，一种酰卤型 ATRP 引发剂，与 APTES 层反应。一种两性离子聚合物，聚[(2-甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基[3-磺丙基]氢氧化铵(pMEDSAH)，然后通过 SI-ATRP 接枝到膜表面。APTES 处理有效地提高了固定在膜表面的 BIBB 量，保持了 RO 膜的透水性和脱盐性能。pMEDSAH 接枝增强了表面亲水性，并将表面改变为更光滑、更致密的形态。关于生物污染行为，通过增加 ATRP 聚合时间来防止膜表面上的静态细菌粘附。在交叉流细菌过滤测试中，在超过 1 小时的聚合时间接枝 pMEDSAH 的膜没有渗透性下降，生物膜覆盖率很小。保持 RO 膜的透水性和脱盐性能。pMEDSAH 接枝增强了表面亲水性，并将表面改变为更光滑、更致密的形态。关于生物污染行为，通过增加 ATRP 聚合时间来防止膜表面上的静态细菌粘附。在交叉流细菌过滤测试中，在超过 1 小时的聚合时间接枝 pMEDSAH 的膜没有渗透性下降，生物膜覆盖率很小。保持 RO 膜的透水性和脱盐性能。pMEDSAH 接枝增强了表面亲水性，并将表面改变为更光滑、更致密的形态。关于生物污染行为，通过增加 ATRP 聚合时间来防止膜表面上的静态细菌粘附。在错流细菌过滤测试中，在聚合时间超过 1 小时时接枝 pMEDSAH 的膜没有渗透性下降，生物膜覆盖率很小。