我院薛立新团队在国际知名期刊Journal of Membrane Science 发表论文:基于聚乙烯底膜，通过跨膜界面聚合制备具有内部限制的聚酰胺分离层纳滤膜

【背景介绍】

现代工业的分离过程越来越依赖于高性能膜，包括微滤 （MF）、超滤 （UF）、纳滤 （NF） 和反渗透 （RO） 膜，其中 NF 膜因其不同的孔径和电荷特性而受到越来越多的关注。它们在海水淡化、废水处理、食品工业、制药工业和许多其他领域的应用中展示了低能耗、易操作、高选择性和渗透性等优点。

然而一般的界面聚合方法制备的NF膜受到Trade-off效应的限制，很难同时提升通量以及截留率。在这里，我们提出一种新的跨膜界面聚合方式，构建了基于聚乙烯(PE)薄膜的复合纳滤膜。

【成果简介】

针对上述问题，温州大学薛立新研究员开发了一种基于PE底膜，通过跨膜界面聚合方法，制备出复合纳滤薄膜。研究中，在水相中加入表面活性剂，在薄膜两面分别加入油相和水相，提出了一种全新的界面聚合策略。

与传统聚酰胺纳滤膜相比，该膜显著提高了粗糙度并降低了水接触角。表现出优异的纯水通量（20.36L·m^-2·h^-1·bar^-1）和高硫酸钠截留率（96.4%），这项研究成果突破了传统材料的性能权衡，为下一代高效廉价的膜材料研发提供了新思路。

【图文导读】

研究团队提出一种新的跨膜界面聚合方法，通过在水相中加入CTAB表面活性剂，在PE底膜的两面分别加入油相和水相进行跨膜界面聚合，得到具有内部限制的聚酰胺分离层纳滤膜。可以通过调控单体浓度和反应时间等条件实现性能的精准控制。所制备的复合纳滤膜具有高性能、良好的耐摩擦性能、优异的抗污染性能和长期稳定性。

图1.(a)四种纳滤膜表面水接触角;(b)四种纳滤膜zeta电位.

通过跨膜界面聚合方法制备的纳滤膜具有更低的水接触角以及更低的负电位。这是因为TMC与CTAB反应生成了BTC(CTA)n/CTAB涂层，为纳滤膜提供了水通道，表面有更多的亲水性-NH2和-COO-基团。

图2.四种纳滤膜孔径分布.

由CSIP工艺制备的PE(O/W) NF膜具有内部限制的i-PA分离层，具有更小的孔径和更窄的孔分布。这可能是由于PE基材的孔隙内形成的i-PA层，这些孔隙施加了压力以限制其孔隙的生长。由于底部添加的第一相水相密度较高，PE(W/O) NF膜的CSIP反应速率低于PE(O/W)，导致PE基材的凹陷较低，孔隙更大，孔隙分布更广。生长在PE(RIP)和PE(NIP) NF膜之上的e-PA层具有更大的孔和更宽的孔径分布，因此在生长过程中的凹陷要小得多。

图3.四种纳滤膜抗污染性能测试：(a) LYS; (b) SA.

PE(O/W) NF膜具有更低的负电位，因此对于SA污染物具有优异的抗污染性能，经过两个循环后，仍然保持95.2%的通量恢复率。

图4.摩擦前后纳滤膜性能的变化：

(a) Na2SO4溶液截留率；(b)Na2SO4溶液渗透系数.

CSIP工艺所制备的纳滤膜具有内部限制的聚酰胺分离层，所以相较于RIP和NIP工艺制备的e-PA,具有良好的耐摩擦性能。

图5.与其他文献报道的纳滤膜性能比较.

与文献中报道的类似膜相比，通过CSIP工艺制备的带有i-PA的PE(O/W) NF膜显示出优异的NF性能，突破了Robeson上限，如上图所示。

【总结】

本研究为探索具有高性能薄膜复合纳滤膜开辟了新途径，并具有卓越的纯水通量以及硫酸钠溶液的高截留率。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123628

【通讯作者简介】

薛立新

国家特聘专家、中国科学院特聘研究员、浙江省膜分离与水处理协同创新中心副主任、温州大学化学与材料工程学院瓯江领军人才，9428cn太阳集团古天乐副院长，博士生导师。曾经在美国Honeywell、 Philip Morris、Celanese等公司和中国科学院担任高级科研管理人员二十多年，主持高性能高分子膜合成和高分子加工新技术研发等科研项目，发表SCI论文130多篇，申请美国和PCT国际授权发明专利58项，中国专利277项（授权164项）。曾获得中国科技大学亿利达实验科学奖（1986年），中国科学院科技进步三等奖（1989年），AlliedSignal公司专利发明人奖（1999年）和两次菲律普莫里斯技术杰出贡献奖（2003年和2006年）。1999年入选国际专业名人录(International “Who is Who”of Professionals)，2010年入选浙江省级人才计划，2015年获得中科院宁波材料所最佳论文奖、入选国家级人才引进和中国科学院特聘研究员, 被提名国际ENI奖；2018年获得中国膜工业协会科技进步一等奖，同年获《Journal of Membrane Science》编委会杰出审稿奖和浙江工业大学海洋学院科研优秀奖，2019年获得中国国家专利优秀奖（2019），2021获得国际先进材料学会科学金奖（IAAM Science Metal）。

【第一作者介绍】

汪珏昕：浙江工业大学化学工程学院2022级硕士研究生。研究方向为纳滤膜、正渗透膜。

编辑：叶家惠

终审：高筱琪