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26
2026
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膜技术前沿丨中国海洋大学高学理、王小娟EST：纳米空腔工程强化反渗透膜的分离性与耐压密性
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近日，中国海洋大学化学化工学院高学理教授和王小娟实验师提出了原位纳米气泡与牺牲型ZIF-8纳米颗粒协同调控策略，即利用有机相ZIF-8纳米颗粒为离散型支柱，限制水相纳米气泡在界面处的生长，成功构建出含均一化小尺寸、类球形纳米空腔的反渗透（RO）膜。在苦咸水溶液中，该膜水渗透性达3.35 L·m−2·h−1·bar−1，盐截留率保持在99.13%。加速压密（增压-降压循环）与海水反渗透（SWRO）稳定性实验证实，该RO膜的耐压密性明显高于含常规（大尺寸、扁球形）纳米空腔的RO膜，仅略低于不含纳米空腔的致密对照膜。研究证实，通过多维度精细设计后的纳米空腔不仅可以作为*的流体传输通道，还可以成为一种特殊的零质量强化“成分”，用于缓解膜的压密现象。因此，在RO膜、甚至是HPRO膜结构设计中，与其设法消除纳米空腔，不如从多维度角度调控其尺寸与形态均一性，从而协同强化膜的渗透性与耐压密性。尽管纳米空腔的强化效果可能不如刚性纳米颗粒，但可在不引入新成分的情况下有效缓解RO膜的压密现象，且不会带来额外的界面效应，更不会损害RO膜的高脱盐率。
相关成果以“Nanovoids Engineering for Enhancing Separation Performance and Compaction Resistance of Polyamide Reverse Osmosis Membranes”为题发表于《Environmental Science & Technology》，中国海洋大学化学化工学院博士研究生濮厚康与薛涵静为该研究的共同第一作者。
研究背景
纳米空腔作为水分子的快速传输通道，是提高RO膜水渗透性的理想途径。然而，它们通常表现出形态多变、尺寸不均等特征，从而易诱导应力集中，并加剧RO膜的压密效应。例如，长球形或扁球形空腔由于具有明显的力学各向异性，其*区域更易形成应力集中点，在高压压力下可能发生定向变形与压密。相反，尺寸均一且形态接近球形的纳米空腔具有更优异的力学各向同性，能够实现更加均匀的应力分布，并降低聚酰胺基质变形的风险，从而提高其耐压密性。那么，如何*调控纳米空腔的尺寸与形态，从而实现渗透性与耐压密性的协同提升？本研究主要针对上述问题展开。
结论与展望
该研究利用纳米气泡耦合纳米颗粒策略协同改善RO膜的水渗透性与耐压密性，可显著降低系统运行压力与能耗，从而助力实现更节能、更可持续的淡水生产。此外，研究所阐明的设计原理也为纳滤与正渗透膜的结构调控提供了广泛适用的框架。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/PXXzgr2ZtDUVRzEdJX18Ag
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