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04
2026
-
02
Nature：用于阴离子筛分的高电荷密度的纳滤膜
作者：
高电荷密度纳滤膜在水环境中选择性去除有机微污染物和二价阴离子方面的应用价值。本研究通过海鞘纳米纤维素限域界面聚合工艺，构建了具有chao高负电荷密度的聚酰胺（PA）纳滤膜。海鞘纳米纤维素的羧基含量高达 7.0%、羟基含量达 29.8%，可有效束缚哌嗪并调控界面聚合反应动力学。最终，所制备的优化膜在 pH=7 条件下具备 - 148 mV 的chao高 zeta 电位，电荷密度达 - 32.6 mC・m⁻²。该膜展现出优异的综合性能，水渗透通量为 41.5 L・m⁻²・h⁻¹・bar⁻¹，硫酸根 / 氯离子（SO₄²⁻/Cl⁻）选择性高达 144.5，同时水 / 有机微污染物选择性也显著提升。分子动力学模拟结果表明，竞争作用力使哌嗪扩散速率降低 73.1%，最终形成富含羧基（-COOH）的聚酰胺表面。本研究为调控聚酰胺膜电荷密度、提升水净化与污水处理效率提供了有效策略。
综上，本研究通过调控 [O] 位点暴露密度，制备出具有chao高负电荷密度（−32.6 mC・m⁻²）的聚酰胺纳滤膜。在增强的氢键、诱导力、色散力与扩散驱动力的竞争作用下，哌嗪（PIP）的扩散速率显著下降 73.1%—— 这一结果通过基于均方位移（MSD）曲线斜率的爱因斯坦关系得到验证。可调的单体扩散行为使界面处哌嗪与均苯三甲酰氯（TMC）的比例发生变化，形成均匀的初始薄层，进而构建出富含羧基的聚酰胺表面（羧基比例 = 45.7%）。该高电离度的聚酰胺 - 海鞘纳米纤维素（PA–SNFC）膜具有 41.5 L・m⁻²・h⁻¹・bar⁻¹ 的高水渗透通量、144.5 的优异阴离子选择性（SO₄²⁻/Cl⁻），并显著提升了对不同有机微污染物（双酚 A、氧氟沙星、四环素、氯酚）的水 / 有机微污染物选择性。本研究为进一步提升纳滤膜性能及探究其内在分离机理提供了思路。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/l6C4s9ra7n7OsDRkBlQqow
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