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25
2026
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05
JMS：生物大分子调控界面聚合中的单体扩散以制备高性能纳滤膜
作者：
研究背景
水资源短缺已成为制约人类社会可持续发展的关键问题，膜法水处理技术因能耗低、环境友好等优势，在海水淡化与污水处理中发挥着重要作用。纳滤（NF）作为介于超滤与反渗透之间的压力驱动膜过程，可在中等操作压力下高效去除多价盐、有机物及微污染物，是节能净水技术的重要方向。目前纳滤膜多采用界面聚合（IP）制备聚酰胺（PA）超薄选择层，然而传统界面聚合（CIP）反应速率快、过程难以控制，易形成厚度大、结构不均、亲水性差的聚酰胺层，导致渗透通量与截留率之间存在固有权衡，制约了纳滤膜性能提升与大规模应用。
为解决这一问题，现有研究通过引入中间层、添加小分子 / 聚合物助剂、表面后改性等方式调控界面聚合过程，以获得更薄、更均匀、缺陷更少的聚酰胺层。但这些方法往往成本较高、工艺复杂，难以工业化推广。因此，开发天然、低成本、可与现有工艺兼容的水相添加剂，从分子层面*调控单体扩散与界面反应，是制备高性能纳滤膜的关键。海藻酸钠（SA）作为一种富含羟基与羧基的天然生物大分子，可与哌嗪（PIP）发生静电与氢键相互作用，有望延缓单体扩散、促进界面反应均匀化，为构建超薄、高选择性、抗污染的聚酰胺纳滤膜提供新思路。
纳滤（NF）技术在构建节能水处理系统方面具有重要应用前景。然而，传统界面聚合（CIP）过程本身反应动力学快且难以调控，通常会形成厚度较大、孔隙结构不均的聚酰胺（PA）选择层，这从根本上制约了纳滤膜长期存在的渗透性 - 选择性权衡难题。本文提出一种 ** 生物大分子（海藻酸钠）调控界面聚合（BMRIP）** 的创新策略，该策略可调控聚酰胺选择层的纳米尺度均匀性，在提升渗透性与优异溶质截留性能之间实现*优平衡。
BMRIP 技术可使薄膜复合膜（TFC）形成更薄的聚酰胺层，且表面负电荷密度更高。与传统界面聚合相比，BMRIP 制备的纳滤膜具有约 7 纳米的超薄聚酰胺层，水渗透通量达 20.5 L・m⁻²・h⁻¹・bar⁻¹，硫酸钠截留率为 98.3%，性能优于目前大多数先进纳滤膜。分子动力学（MD）模拟进一步分析了海藻酸钠（SA）与哌嗪（PIP）分子间的相互作用，证实海藻酸钠可显著延缓聚酰胺层形成过程中哌嗪分子的扩散。
BMRIP 策略将生物大分子作为水相添加剂辅助界面聚合，为高渗透选择性聚酰胺层的通用化设计提供了一种经济的方法，也为开发用于水处理的新一代纳滤膜提供了重要参考。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/kAO5m5BvragePiyPI08H-g
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