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2026

CEJ｜高性能PES-P84共混膜实现小分子染料的有机溶剂纳滤分离

作者：

英文题目

High-performance PES-P84 blend membranes to efficiently separate small MW dyes via organic solvent nanofiltration

中文题目

高性能PES-P84共混膜实现小分子染料的高效有机溶剂纳滤分离

期刊信息：Chemical Engineering Journal

发表时间：2026-01-15在线发表

doi: 10.1016/j.cej.2025.171712

摘要内容

本研究通过非溶剂致相分离（NIPS）制备聚醚砜（PES）-P84共混基膜，再以三(2-氨基乙基)胺（TAEA）共价交联、三酰氯（TMC）界面聚合两步改性，得到无支撑PES-P84-TAEA-TMC纳滤膜。膜MWCO 297 g mol⁻¹，对281 g mol⁻¹ pendimethalin染料截留90.7%，对444 g mol⁻¹四环素截留97.9%，甲醇通量7.95 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹；在NMP、DMAC等强溶剂中浸泡30 d质量损失<5%，120 h连续运行性能零衰减，综合指标优于现有P84或PES基膜。

研究背景与意义

制药与化工排放的大量有机溶剂/活性药物成分（API）传统蒸馏回收能耗高、热敏物易降解，有机溶剂纳滤（OSN）可在无相变条件下200–1000 Da分子级分离，但现有聚酰亚胺（PI）膜成本高，聚醚砜（PES）膜耐溶剂不足，共混体系孔径难控、低分子量（<300 Da）染料/药物截留率普遍<80%。本工作将低成本PES与耐溶剂P84按40:60共混，通过“TAEA交联+TMC界面聚合”两步法在膜表面构建致密、正电、高交联聚酰胺选择层，实现<300 Da分子≥90%截留，同时保持高通量与长期耐溶剂稳定性，解决“成本-稳定性-截留率”三难矛盾。

实验步骤

①铸膜液：PES 8 g + P84 12 g 真空80 °C干燥12 h后溶于78 g NMP，50 °C搅拌24 h，静置脱泡4 h；②刮膜：洁净玻璃板调至水平，300 μm刮刀匀速刮制，空气中暴露5 s后浸入25 °C去离子水凝固浴24 h，得PES-P84基膜；

③TAEA交联：基膜浸于1 wt% TAEA/甲醇溶液25 °C 0.5 h，甲醇冲洗3次；

④TMC界面聚合：TAEA膜迅速浸入0.2 wt% TMC/正己烷25 °C 10 s，正己烷冲洗去除未反应单体，得PES-P84-TAEA-TMC膜，保存于IPA备用；

⑤表征与测试：PEG-200–4000 Da测定MWCO，死端过滤评价溶剂通量与染料截留，FTIR/XPS跟踪酰胺化程度，FESEM/AFM观察断面与表面形貌，30 d溶剂浸泡与120 h连续运行考察稳定性。

主要结果与结论

无支撑PES-P84-TAEA-TMC膜平均孔径0.54 nm、MWCO 297 g mol⁻¹；甲醇、水、丙酮、乙醇通量分别为7.95、7.75、7.15、5.23 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹；对281 Da pendimethalin、319 Da methylene blue、408 Da crystal violet截留率依次为90.7%、96.7%、98.2%；对四环素（444 Da）97.9%截留、4.47 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹通量；对215 Da莠去津81.8%截留。膜在NMP、DMAC、DMSO中30 d质量保留>95%，120 h连续过滤CV/甲醇通量下降<8%，截留率保持稳定；HA与CR污染后纯水通量恢复率>93%，不可逆污染<6.5%，综合性能优于文献同类膜。

详细机理

TAEA三氨基乙基结构中的伯胺与P84酰亚胺环开环生成酰胺键，引入高密度正电胺基，提升亲水性并构建*一层交联网络；剩余胺基与TMC酰氯在有机-水界面瞬时缩聚，形成厚度约10 nm、高度交联的芳香聚酰胺顶层，显著缩小孔径并引入正电性-NH₃⁺，增强对阳离子染料/药物的Donnan排斥。PES的磺酸基与P84酰亚胺基形成氢键与π-π堆积，提高链段相容性，抑制宏观指状孔，生成海绵状致密结构；双重交联使膜表面粗糙度降至2.05 nm，溶剂溶胀率降低，耐溶剂屏障增强，最终实现“小孔径+正电排斥+高交联”协同筛分<300 Da小分子。

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/7dBaISTFh25uax3vePhlow