分离膜的温度敏感特性及影响因素

分离膜是以压力差、浓度差等作动力，使气体、液体的混合物或有机、无机物的溶液等分离成各种组分的功能膜。目前，膜用材料主要是有机高分子，包括合成高分子和天然高分子材料的改性产物。

高分子分离膜的智能性通常表现为，当渗透介质的性质或周围环境发生变化时，智能膜材可以感知这种变化并相应调节其选择渗透性能。引起膜材响应的刺激信号有多种，大致可分为物理刺激信号如温度、电、光、磁、力等以及化学刺激信号如pH、化学物质等。

（一）温度敏感膜

对基膜材料进行改性或使温敏单体与其他单体共聚即可得到温度响应型分离膜材料。其中应用最广泛的温敏性高分子材料是PNIPAAm，PNIPAAm的低临界溶解温度（LCST）为31～33℃，PNIPAAm在LCST附近其构象会发生改变。当环境温度T＜LCST时，PNIPAAm与溶液中的水形成氢键，同时疏水性减弱而亲水性增强，因此，聚合链处于伸展构象；当环境温度T＞LCST时，PNIPAAm聚合物分子间及分子内相互作用增强，PNIPAAm与水之间的氢键消失，而且由于聚合物链中烷基的存在使得链的柔顺性、分子间和分子内作用以及疏水性增强，因此，聚合链处于收缩构象。由于这种由温度带来的体积变化相当显著，PNIPAAm及其共聚、接枝聚合物等可被广泛用于温度敏感分离膜材，所制得的分离膜的温度敏感特性也很突出。

目前，基于PNIPAAm的温敏分离膜的响应机理主要分为两种：第一种被称为阀门机理，这也是一种广泛应用的响应机理，其响应机理是：当环境温度T＜LCST时，PNIPAAm与溶液中的水形成氢键，聚合物链处于伸展构象，使得膜孔的有效孔径减小，透过率（通量）减小；当环境温度T＞LCST时，PNIPAAm分子间及分子内相互作用增强，PNIPAAm与水之间的氢键消失，聚合物链处于收缩构象，膜孔的有效孔径增大，透过率（通量）增大。这时的温度就像阀门一样控制着分离膜的通量，被称作阀门机理，如图12-2所示。

第二种机理被称为扩散机理，这种情况发生在膜孔小，但膜孔表面接枝层高的情况下。此时，接枝层已经将膜孔完全堵住。具体的响应机理是：当T＞LCST时，PNIPAAm分子之间变得紧密，将膜孔压实，并且呈现疏水性，水分子不容易通过，扩散速度（通量）比较低。当T＜LCST时，PNIPAAm分子变得疏松，呈现亲水性，水分子很容易扩散通过膜孔，扩散速度（通量）增加，如图12-3所示。

图12-2　PNIPAAm温敏膜阀门响应机理示意图

图12-3　PNIPAAm接枝膜扩散响应机理示意图

在这种情况下，渗透介质在低温下的扩散速度比在高温下要快得多，但是总体来说，这种机理所对应的通量很小，现实意义不大。因此，在设计和制备温敏型分离膜时，应该通过对膜制备条件的选择和优化，尽可能地使膜材的响应机理遵循阀门响应机理。

由于温度变化不仅自然存在的情况很多，而且很容易靠人工实现，所以对温度敏感膜的研究较多。不同的制膜方法，不同的温度敏感高分子，不同的成膜基体都会影响到温度敏感膜的结构和性能。举例如下：

（1）PNIPAAm通过γ射线照射接枝到聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚丙烯（PP）上制成温度响应型高分子复合膜。根据接枝条件，PNIPAAm可接枝到PET膜（或PP膜）的表面或孔中。这种复合膜在其表面和孔壁上存在一个可以流动的高分子链，它可以在温度轻微变化时改变分子构象从一种形态到另一种形态，从而有效地控制膜的扩散分离，起到温控阀门作用。当温度低于PNIPAAm的LCST（32℃）时，接枝的PNIPAAm分子链处于伸展状态从而将膜的孔道封闭，而当温度升至LCST以上时，对温度敏感的PNIPAAm接枝链收缩而使膜孔开放，形成渗透的通道。图12-4表示PNIPAAm接枝PET膜的渗水率随温度的变化关系。由图看出，渗水率在32～34℃有一个明显增加，而且随着接枝率的增加，这种作用就更加明显。接枝膜的孔径（图12-5）在LCST前后也有很大变化。对接枝率为3.4%的膜，孔径从0.52μm增加至0.60μm，而接枝率为7.5%的膜，孔径从0增加至0.62μm，即接枝的PNIPAAm越多，孔径的变化越大。

图12-4　PNIPAAm接枝PET膜的渗水率随温度的变化关系

接枝率：1，3.4%；2，7.5%

图12-5　PNIPAAm接枝PET膜的孔径随温度的变化关系

接枝率：1，3.4%；2，7.5%

（2）用等离子体技术将PNIPAAm接枝在聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜的表面，可制备出一种温度敏感膜材。当改变温度时，这种膜材的通透性会发生不连续变化。原因是PNIPAAm接枝聚合物主要分布在PVDF膜的表面。接枝率不同将导致接枝膜的通透机理发生变化，接枝率较低时属阀门机理：T＜LCST时，PNIPAAm分子链伸展，形成的水合层将膜孔遮盖，增加压力也不易增加水的透过性；T＞LCST时，PNIPAAm分子链卷曲，膜孔暴露，膜的通透性对压力变化变得非常敏感。接枝率较高时属扩散机理：T＜LCST时，PNIPAAm形成较厚的水合层，亲水性溶质主要以扩散的方式透过；而T＞LCST时，PNIPAAm接枝层脱水并且变得致密化，溶质不易以扩散的方式透过。

（3）在PE膜上接枝NIPAAm单体制成温度响应性膜，动电实验表明，当体系温度低于LCST时，接枝膜表面及膜孔表面被亲水性的NIPAAm覆盖，所测的（Zeta）电位接近于0，表现为非荷电亲水膜的性质；当体系温度高于LCST时，NIPAAm接枝链收缩，接枝膜表面及膜孔表面由亲水性转变为疏水性，电位的绝对值大于0。同时表面电荷分布的变化也确定了膜在LCST附近的温敏性，影响水通量的变化。

（4）以聚酯非织造布为基材，以酪蛋白为制孔剂，制备交联的聚（N-异丙基丙烯酰胺-N-丙烯酰琥珀酰亚胺-2-羟乙基甲基丙烯酸酯）凝胶复合膜。这种复合膜不但具有与基材非织造布一样好的机械性能，还具有与PNIPAAm凝胶相似的温度敏感性、溶胀和退溶胀性能。此外，它还具有活性琥珀酰亚胺酯官能团，可以直接与酶结合。

用其他的聚N-烷基丙烯酰胺代替PNIPAAm，可得到具有不同温度转化的分离膜，如聚N-丙烯酰吡咯烷的LCST为55℃，聚N-正丙基丙烯酰胺的LCST为22℃，聚N-丙烯酰哌啶的LCST为5℃。另外，将NIPAAm与其他单体共聚也能调节其温度变化范围。一般而言，与疏水性单体共聚能使PNIPAAm的LCST降低，与亲水性单体共聚能使PNIPAAm的LCST升高。另外，利用聚丙烯酰胺和聚丙烯酸互穿聚合物网络结构的氢键作用，所得的膜孔直径随温度升高而在高临界温度（UCST）附近会突然减小，其温度响应型水通量变化正好与PNIPAAm接枝膜的相反，其功能开关也具有可逆性和可重复特性（图12-6）。

图12-6　具有聚丙烯酰胺/聚丙烯酸IPN结构的反相感温型开关膜

（二）pH敏感膜

对于过滤体系、膜分离体系、生物分离体系和传感器体系而言，pH敏感型膜材的研制具有极其重要的意义。pH敏感膜是指膜的体积以及膜的渗透速率能随环境pH、离子强度变化的分离膜。由于pH敏感膜材中含有大量易水解或质子化的酸碱基团〔如羧基、氨基〕，因此，膜的形状会随溶液的pH变化而改变，从而影响介质的渗透能力，同时由于离子的存在，离子强度的变化也影响膜的渗透能力。目前，许多物质可用来制备pH敏感膜，如聚丙烯酸、壳聚糖、聚乙烯基吡啶等。此外，也可以制备出不同形式的pH敏感膜，如接枝膜和互穿膜等。

聚电解质的离子化作用在膜的pH敏感渗透中起决定性作用。当聚电解质处于离子化形式（聚阳离子在低pH范围，聚阴离子在高pH范围）时，聚合物链段上的电荷互相排斥，聚合物链段呈舒展的亲水构型，使微孔膜上的孔径变小，从而阻止了渗透介质的通过；而当聚电解质处于中性形式（聚阳离子在高pH范围，聚阴离子在低pH范围）时，聚合物链段呈卷曲的疏水构型，使微孔膜上的孔径变大，从而有利于渗透介质的通过。图12-7（a）就是这个过程的示意图。这个机理适用于聚电解质对微孔分离膜进行表面改性的pH敏感膜。对于由聚电解质直接制得的分离膜而言，pH对其渗透性的影响则完全相反，即聚阴离子膜在高pH情况下，呈开放状态；在低pH情况下，呈关闭状态。这种机理见图12-7（b），即渗透介质在溶胀的离子化聚合物链段中扩散，在收缩的中性聚合物链段中被阻隔。

图12-7　pH敏感膜对渗透介质的控制机理示意图

目前，国内外许多研究小组都开展了pH敏感膜的研究工作。研究表明这种分离膜的通量不仅可调，而且还具有良好的可逆性。

例如将聚丙烯酸（PAA）接枝于经低温等离子体辐射处理的聚碳酸酯膜上。这种方法制得的膜，水透过PAA接枝膜时过滤速率在中性和碱性区与pH几乎无关，而在酸性区则在一定接枝密度下与pH相关。原子力显微镜下观察，它的分子阀特性是由于接枝聚合物响应介质的pH变化，从而调节膜孔道开—关以调控膜的过滤特性。

以聚丙烯膜为基础，将聚4-乙烯基吡啶接枝在膜孔内而形成复合膜。该复合膜有极强的pH调节作用。在HCl/H2O环境中，pH=5时这种膜有很强的渗透能力，这时高分子电解质聚4-乙烯基吡啶不带电；相反在pH较低时，膜的渗透性降低，此时聚4-乙烯基吡啶质子化。在膜的改性中，聚4-乙烯基吡啶在膜孔中的分布很关键，分布不均会影响其产生规律性的化学阀特性。

再如将直孔聚碳酸酯膜材与丙烯酸接枝共聚，在膜的微孔周围引入聚丙烯酸接枝长链，得到表面接枝改性的微孔膜，改性膜的渗水性具有明显的pH响应性。各种接枝密度的一系列接枝膜，其单位时间内的透水量均在pH约为4时发生急剧的变化。透水量的突变是由于pH的改变导致聚丙烯酸接枝链形态的改变，从而引起微孔有效孔径的变化。此外，在一定pH下加入盐（NaCl）会对聚甲基丙烯酸（PMAA）接枝的PC膜的阀特性产生影响，但在低pH时这种影响不明显，而在高pH时，NaCl的离子能对抗羧基官能团的静电排斥力，使接枝链舒展或收缩，产生阀作用。若聚丙烯酸接枝到核孔（nucle-pore）膜上，当接枝密度在0.3μg/cm2时，pH为2.4时的渗透率是pH为5.4时的28倍。(www.xing528.com)

聚环氧乙烷和聚丙烯酸互穿网络型凝胶膜是高pH溶胀、低pH收缩的响应性敏感膜。由于两者间形成氢键，聚丙烯酸中羧基在高pH时电离成羧酸负离子，相同负离子的电子相斥作用破坏了氢键，使网络疏松溶胀，而在低pH时羧基不电离，氢键稳定，网络紧密，孔径收缩，从而使该化学阀具有了可逆的响应性。

壳聚糖—聚乙烯基唑啉半互穿聚合物网络膜也是pH敏感膜。该膜在pH＜6时溶胀度迅速增加，在pH=3.2时达到最大值；而且该膜在不同pH溶液中可交替溶胀收缩，且这种溶胀—收缩行为重复可逆。利用壳聚糖的—NH2基和果胶的—COOH基间形成聚电解质配合物网络，制备膜材。在pH＜2和pH＞7时，膜材明显溶胀。此网络全部由生物大分子构成，可用于生物产物精制的超滤膜。

以强度、加工性、抗污染性和温度与pH稳定性良好的聚乙烯醇（PVA）和聚丙烯酸（PAA）共混，用戊二醛和双甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）为交联剂，可以制备对pH敏感的PVA/PAA互穿网络水凝胶膜。这类水凝胶膜中含有可解离的官能基团—COOH，当其解离时，固定离子相互排斥，斥力使网络进一步溶胀。水凝胶的平衡溶胀度随网络上可解离基团浓度增大而增大，且和溶胀介质的性质（如pH和离子强度）有关。

对于接枝型表面改性pH敏感膜来说，接枝率不同，膜的pH响应性也不同。比如对聚丙烯酸接枝型pH响应膜来说，聚丙烯酸（PAA）接枝率不同的膜，其膜孔pH感应孔径变化倍数明显不同。当接枝率小于等于1.01%时，随着接枝率的增加，pH感应孔径变化倍数增加；当接枝率在1.01%～6.44%时，随着接枝率的增加，pH感应孔径变化倍数减小；当接枝率大于6.44%时，pH感应膜孔孔径变化倍数趋近于1.0，此时膜孔几乎没有开关特性。

（三）电场敏感膜

利用导电聚合物电导率、可逆的氧化还原作用以及电活性等特性，可以制备电场敏感膜。该膜的结构和性能能够在电场的作用下作出响应。可用于电场敏感膜的高分子主要有三类：一类是交联的聚电解质即分子链上带有可离子化基团的凝胶，在此类膜中高分子链上的离子与其对离子在电场下受到相反方向的静电作用，使溶剂中的离子在电场的作用下发生迁移，致使凝胶脱水或膨胀，膜孔径也随之发生改变；另一类是导电高分子，如聚噻吩、聚吡咯、聚乙炔等在进行电化学掺杂、去掺杂或化学掺杂时，聚合物的构象会发生变化，从而导致其体积的收缩或膨胀，进而影响膜的孔径大小；还有一类是电场敏感液晶膜。下面分别进行介绍。

1.交联的聚电解质　即分子链上带有可离子化基团的凝胶。在此类膜材中，高分子链上的离子与它的对离子在电场下受到相反方向的静电作用。由于高分子离子被固定在网络上，不能在电场下移动，低分子离子则在电场的作用下带动周围水合的水分子移动至电极附近，并由于电化学反应变成中性，而水合分子则从凝胶中释放从而使凝胶脱水收缩，膜发生形状变化。利用凝胶在电场下收缩这个现象，可设计一种“化学阀”，如图12-8所示。将多孔性凝胶膜的边缘固定在一个圆形环上，当施加电场时膜就会收缩，由于它的边缘被固定，膜的孔径因此变大，从而使溶质或溶剂通透。如果将电场切断，凝胶就会因膨胀而使膜的孔径变小，液体不能通过。通过调节电场的大小，凝胶膜的孔径能被正确控制，从而可自由选择不同大小粒子的通透，达到分离不同大小溶质混合物的目的。图12-8显示了乙烯醇与丙烯酸的共聚合凝胶膜在电场开关下对水的透过能力的变化。水分子的透过速度随着电场强度的增加而增加。在电场刺激下，这样的化学阀可以实现反复调节水的透过量。

2.导电高分子　导电高分子具有本征电导率、可逆的氧化还原作用以及电活性等特性。如聚噻吩、聚吡咯、聚乙炔等在进行电化学掺杂—去掺杂或化学掺杂时，聚合物的构象会发生变化，从而导致其体积的收缩与膨胀而影响膜的致密度。以微孔聚碳酸酯为基膜，分别与聚3-甲基噻吩（P3MT）及聚N-甲基吡咯（PnMP）导电高分子复合制成复合膜，所得复合膜用NaBH4还原，再以Fe3+盐氧化（称为再掺杂），然后在中性溶液中分别测定P3MT膜的氧化、还原、再氧化状态下的丙酮选择性传递特性，结果表明，用过氯酸或硝酸盐氧化的复合膜的丙酮传递速率比用中性状态的P3MT复合膜的传递速率提高4～8倍。

导电高分子一般为直链状骨架碳π电子高分子，氧化可使其导电率增大数个数量级，同时产生伸缩变形。以电解聚合的聚苯胺酸性水溶液处于约0.4V电位时为例，响应状态的电导率最大可达数十S/cm，化学结构如图12-9（a）的翠绿亚胺盐（ES），其氯原子上一个未成对电子转变成荷正电极化子而传递电子，由a→b电位时产生氧化电流，且向图12-9（b）的苯醌盐结构转化。由此电位反转，经ES观察到还原电流峰值，趋向图12-9（d）所示的无色翠绿亚胺盐（LS）结构，氧化电流随电位反转回复还原状态为一次循环，PS和LS为绝缘体，电导率很小。以50μm厚的聚酰亚胺膜（5mm×20mm）真空镀金，其上电化学聚合聚苯胺可制成驱动元件。施加电压时LS→ES氧化、负电子掺杂，膜伸长，质量增加，而ES→PS质子释出，质量减少，膜收缩。

图12-8　高分子凝胶的化学阀原理

图12-9　聚苯胺的酸性水溶液中氧化-还原时化学结构的变化

图12-10　SCLCPS的基本结构

a—高分子主链　b—弹性空间
c—自由臂　d—末端取代基

3.电场敏感液晶膜　液晶态具有低黏性、高流动性、易膨胀性和有序性的特点，特别是在电、磁、光、热、力场等改变时，液晶分子将发生取向和其他显著变化，使液晶膜具有很大的气体、水、有机物和离子透过通量和选择性。如果将具有液晶特征的棒状和盘状单元的介晶性基团引入高分子的主链或侧链，则相应地得到主链或侧链液晶高分子。将其制成膜材，其介晶性基团在电场下取向后，即可改变渗透剂分子经膜渗透的曲折途径，从而控制膜的通透性能，使膜成为一种电场驱动的智能膜材。如溶致性主链型液晶高分子聚谷氨酸苄酯的溶液在电场下可发生从胆甾相到向列相的转变，由此制得电场控制的通透膜材。当对聚谷氨酸苄酯膜施加大于30V直流电压后，有机物通透量增加到55%，撤去电场后不久，通透量可下降到原来的低水平。例如，在交流电和0℃条件下，热致支链液晶聚合物（SCLCPS）p-乙酰氨基苯酮（P-AAP）的化学阀特性如图12-10所示。SCLCPS由主链骨架、带有终端取代基的内消旋部分和自由臂组成。自由基要足够长以便主链和内消旋部分的运动互不干扰。液晶的顺序由内消旋部分控制，而与主链组成无关。如果主链聚合物对某一物质具有高度渗透性，那么液晶区域就可以对渗透产生阻碍作用，也就是说可以对渗透性进行调控，扩散将发生在无定形的高分子骨架上和弯曲的通道中。

图12-11　Nafion®-Pt复合材料电场响应模型

刺激响应性高分子材料作为柔性驱动元件，则可用于生物体内。比如：以DuPont公司的含氟离子交换膜Nafion® 117（荷电密度EW1100溶胀状态膜厚215μm）作基本材料，材料的两边镀上约3mg/cm2的Pt。将此复合材料片上端固定，且与1mm×15mm Pt片电极相连，置于0.1mol/L Na2SO4水溶液中施加电压，产生的弯曲用激光位移仪测定，施加阶跃电压（-1V～+1V）时，试样迅速向正极弯曲，然后缓慢返回负极侧，达到正极侧峰值的速率约15ms。初期响应和正极侧水溶液的组成、返回平衡点的极性有关。Nafion®原含-SO3H基，其离子交换响应为Pt涂层抑制，只能从其平衡离子H3O+移动考虑，如图12-11所示，通过电流时，荷电膜渗透，引起水移动，阳离子交换膜负极侧溶胀。按双金属原理，向正极弯曲，该电场响应系统为柔性，操作电压低、安全，可开发为体内应用的驱动元件。

（四）光敏感膜

光敏感膜是由于光辐射（光刺激）使膜材发生体积相转变从而改变膜的通透性能的高分子分离膜。紫外光辐射时，膜材中的光敏感基团发生光异构化、光解离，因基团构象和偶极距变化而使膜材形状改变。在多孔膜上采用化学方法或物理方法安装上光敏感型智能高分子制成开关，可以制备成光照响应型智能膜。光敏感分子通常为偶氮苯及其衍生物、三苯基甲烷衍生物、螺环吡喃及其衍生物和多肽等。

图12-12　偶氮苯改性的光响应型智能开关膜的膜孔变化示意图

偶氮苯及其衍生物是常用的光敏高分子材料。将偶氮苯衍生物配基固定在多孔硅材料孔内，从而通过外界光刺激来调节膜孔大小，达到控制膜通量的目的。其光敏机理是：在紫外光的照射下偶氮苯会由反式构象向顺式构象转换，而在可见光的照射或加热的情况下，偶氮苯又会自动地恢复到原来的反式构象。偶氮苯这种顺反异构体的转变可使分子长度由反式异构体的90nm变为顺式异构体的55nm，还可以改变其偶极距（反式：0.5D；顺式：3.1D），从而调节膜孔的大小（图12-12）。

以乙酸亚肉桂酯修饰四臂聚乙二醇（PEG）端基制备光敏PEG大单体（PEG-CA）。它的水溶液经730nm的光辐照后可形成高度交联网络，这种水凝胶膜材溶胀时体积分数为0.02～0.05。以124nm紫外光辐照时，会发生独特的光断链而改变膜的筛孔尺寸，从而使蛋白质透过率变化，而且水凝胶的筛孔尺度随紫外光辐照时间、强度增加而增大。

（五）分子识别敏感膜

分子识别敏感膜的主要工作原理基于环境敏感高分子和分子识别主体分子而发展起来的。是借助超分子化学的知识和手段，在基材膜孔上接枝构象可发生改变的功能性高分子链、并在高分子链上接枝具有分子识别能力的主体分子，是可以实现特定分子识别型控制释放、化学或生物物质的高精度分离的智能膜。分子识别智能开关膜的机理大致可分为三类。

第一类是在pH响应型开关膜上固定酶，当某一特定分子存在时，特定分子将和酶发生反应并生成酸性物质，从而导致聚合物链周围微环境的pH改变，聚合物链发生构型变化。能够反应生成酸性产物的分子与其相应酶都能用于该系统，如葡萄糖和葡萄糖氧化酶、乙酰胆碱和乙酰胆碱酯酶、谷氨酸酯和谷氨酸酯酶、天门冬素和天门冬素酶等。例如将羧酸类聚电解质接枝到包覆着胰岛素的多孔膜上，形成pH智能开关膜，把葡萄糖氧化酶固定到羧酸类聚电解质开关链上。在无糖、中性pH条件下，羧酸解离之后带负电，接枝链处于伸展构象，膜孔处于关闭状态，胰岛素释放速度慢；葡萄糖浓度高达一定程度之后，葡萄糖氧化酶催化氧化使葡萄糖变成葡萄糖酸，因此羧基质子化，减少静电斥力，接枝链处于收缩构象，使得膜孔处于开放状态，胰岛素释放速度增大。通过该响应膜，可以实现胰岛素随血糖浓度变化而进行自调节型智能化控制释放。

第二类是基于特殊聚合物链段氧化还原敏感性而构造的系统。在多孔膜上接枝聚3-氨基甲酰-1-（对-乙烯基苯基）吡啶氯化物（PCVPC）。PCVPC共聚物在被氧化的离子态时具有水溶性，而在被还原的中性态又不溶于水。PCVPC接枝开关膜在加入氧化剂（H2O2）后，接枝链因离子化而带电荷，呈伸展构象，膜孔径减小，水通量减小；当加入还原剂（Na2S2O4）时，聚合物链被还原不带电荷，呈收缩构象，膜孔径增大，水通量增加。交替加入氧化剂和还原剂时，PCVPC开关膜能可逆地控制水通量。

第三类是基于环境感应高分子和分子识别主体分子而得到的。比如利用温度响应高分子PNIPAAm作为执行器（Actuator），而分子识别主体分子18-冠醚-6作为传感器（Sensor），可以得到具有离子识别作用的开关膜（图12-13）。

图12-13　离子识别型智能开关膜的渗透机理示意图

当冠醚的大环与特殊的离子形成配合物时，PNIPAAm的LCST会向较高的温度迁移，这是由于配合物的水合作用导致。加入不同的金属离子，PNIPAAm链的LCST迁移程度也不同，包结配合常数越大，LCST迁移程度也越大，即有Ba2+＞Sr2+＞K+＞Li+≈Na+≈Ca2+。当外界的温度恰好在这两个LCST之间时，开关膜的聚合物链在没有特殊离子存在时呈收缩状态，膜孔打开，渗透介质通过；但加入特殊离子后，由于开关膜的LCST升高，聚合物链由收缩变为膨胀状态，膜孔减小，渗透介质无法通过。