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12
2026
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02
EST: 反应型纳米纤维“中间层”，打破纳滤膜通量与选择性的权衡
作者：
背景
随着微污染物和盐类离子在饮用水与废水中的广泛存在，高性能纳滤膜已成为实现**低能耗水处理的关键技术。然而，传统聚酰胺（PA）纳滤膜存在一个长期困境——通量与选择性的权衡。在界面聚合过程中，胺单体的快速扩散与反应导致形成厚度不均、孔径分布宽的 PA 层，从而限制了膜的分离性能和稳定性。为解决这一问题，研究者们尝试在基底与 PA 层之间引入“中间层（interlayer）”以调控反应环境。虽然已有如 COF、MOF、多孔聚合物等中间层材料被报道，但其易团聚、分散性差、合成复杂等问题，仍制约着工业化应用的推广。
创新
近日，南京大学刘福强教授团队提出了一种基于反应型纳米纤维的混合初生层（MNL）构筑策略，通过调控界面反应动态，突破了传统纳滤膜的性能瓶颈。
绿色可再生构件：PIP-改性纤维素纳米纤维（P-CNF）
以天然来源的羧基化纤维素纳米纤维（C-CNF）为骨架，通过共价键接枝哌嗪（PIP），获得具有反应活性的 P-CNF。该材料兼具优异的水分散性与化学稳定性，可在水相中自组装为均一中间层。
混合初生层机制：反应参与型调控
P-CNF 不仅作为物理支撑层，更直接参与界面聚合反应，在 PA 形成的初始阶段与有机相中的酰氯单体协同生成混合初生层（MNL）。
该层具有较小孔径和较高质量传输阻力，可限制胺单体扩散，促进均匀薄层生长；
同时，纳米通道内的毛细作用诱导形成褶皱状表面形貌，进一步增大有效过滤面积。
性能跃升：兼具高通量与高选择性
所得 NF 膜实现了43.9 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹ 的水通量与155.4 的 Cl⁻/SO₄²⁻ 选择性，远超传统 PA 膜。同时，该膜在多种微污染物去除、长时运行与抗污染性能方面均表现稳定。分子动力学（MD）模拟进一步揭示了不同初生层结构对最终 PA 层形貌与组成的调控机制。
意义
该研究通过“反应型纳米纤维 + 混合初生层”策略，揭示了界面聚合中结构演化的分子机制，并为纳滤膜设计开辟了新范式。
科学意义：
系统阐明了初生层结构对 PA 层形成行为的调控作用，为理解界面聚合反应的自限性提供了实验与理论依据。
技术意义：
通过可再生生物材料实现中间层功能化，不仅简化工艺、绿色环保、易规模化，还为下一代** NF 膜提供通用的界面调控策略。
应用前景：
该膜在饮用水净化、工业废水回用及环境微污染治理等领域具有广阔潜力，为缓解全球水资源危机提供可持续解决方案。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/h18E1VnYwQFnadhouFCb8g
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