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11
2026
-
07
Nature Water:打破渗透-选择性权衡：新型纳滤膜
作者：
研究背景
水资源短缺日益严峻，拓展海水、污水及苦咸水的供水来源至关重要。同时，内分泌干扰物、抗生素和药物活性化合物等有机微污染物（OMPs）在水环境中被广泛检出，对生态安全构成严重威胁。基于纳滤（NF）的水处理技术是保障再生水安全、增加淡水供给的关键手段，在离子筛分和微污染物去除方面具有广阔前景。典型的纳滤膜通过哌嗪（PIP）和均苯三甲酰氯（TMC）在界面聚合（IP）反应中形成聚酰胺（PA）活性层。然而，该反应在毫秒级完成，使纳滤膜的结构调控面临巨大挑战，导致了渗透性与溶质选择性之间固有的权衡效应。如何打破这一制约，调控膜表面电荷密度以实现分离，成为该领域的重要研究方向。
本文摘要
具有高电荷密度的纳滤膜对于从水环境中选择性去除有机微污染物和二价阴离子具吸引力。在此，我们通过海鞘纳米原纤化纤维素限域界面聚合过程，构建了具有高负电荷密度的聚酰胺（PA）膜。海鞘纳米原纤化纤维素含有高达7.0%的羧基和29.8%的羟基，能有效束缚哌嗪（PIP）并调控界面聚合反应动力学。结果表明，优化后的膜在pH 7时具有-148 mV的高Zeta电位和-32.6 mC m⁻²的电荷密度。该膜实现了优异的性能指标，包括41.5 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹的水渗透通量、144.5的SO₄²⁻/Cl⁻选择性，以及显著提高的水/有机微污染物选择性。分子动力学（MD）模拟揭示了哌嗪扩散速率因竞争作用力而降低了73.1%，从而形成了富含-COOH基团的PA表面。这项工作为调控PA膜电荷密度以提高水净化和废水处理效率提供了一种有效策略。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/dZrsGBjNFTVIEPFhl23AUQ
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