導(dǎo)讀
近日，湖南科技大學(xué)周虎教授團(tuán)隊(duì)在《Journal of Membrane Science》期刊發(fā)表文章，提出一種通過引入非共價(jià)鍵相互作用結(jié)合晶體模版犧牲的方法制備高性能復(fù)合納濾膜新策略，成功解決了傳統(tǒng)聚酰胺基納濾膜在滲透性與選擇性之間的權(quán)衡難題。
背景介紹
水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，納濾（NF）膜在水處理領(lǐng)域的重要性愈發(fā)凸顯。然而，傳統(tǒng)聚酰胺（PA）基NF膜在實(shí)際應(yīng)用中面臨著滲透性與選擇性相互制約的困境。為突破這一瓶頸，湖南科技大學(xué)周虎教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種基于KCl晶體模板犧牲法的NF膜制備策略。通過引入β-CD修飾的透明質(zhì)酸鈉（HA-CD）誘導(dǎo)KCl晶體在膜表面生長(zhǎng)形成規(guī)則的針葉狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)調(diào)控界面聚合（IP）反應(yīng)，優(yōu)化PA分離層的結(jié)構(gòu)，使其厚度減小且孔徑分布更加集中，從而在提升滲透性的同時(shí)確保了膜的選擇性。
圖1.晶體模板犧牲法制備具有針葉狀結(jié)構(gòu)的PA NF膜示意圖
本文亮點(diǎn)
該研究通過優(yōu)化KCl濃度和熱處理溫度，成功制備出兼具滲透性與選擇性雙重優(yōu)勢(shì)的PA NF膜。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著KCl濃度的增加，膜表面粗糙度逐漸增大，有效滲透面積隨之提升，但濃度過高會(huì)導(dǎo)致 KCl 晶粒過大，破壞膜的選擇層結(jié)構(gòu)。熱處理溫度的升高則會(huì)使 PA 分離層的交聯(lián)度增加，膜結(jié)構(gòu)變得更加致密，雖有利于提升截留率，但卻降低了滲透性。此外，HA-CD的加入還增強(qiáng)了膜表面的親水性和負(fù)電性，進(jìn)一步優(yōu)化了膜的分離性能。優(yōu)化后的TFC NF膜對(duì)一/二價(jià)鹽（NaCl/Na?SO?）的分離系數(shù)高達(dá)97.8，水滲透性達(dá)到14.6 LMH·bar?1。并且在144小時(shí)的長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)試中，所制備的NF膜的滲透性僅下降約23%，展現(xiàn)出優(yōu)越的分離穩(wěn)定性。
圖2.具有針葉狀結(jié)構(gòu)的聚酰胺納濾膜表面形貌及厚度變化示意圖
圖3.聚酰胺納濾膜的分離性能結(jié)果
總結(jié)與展望
綜上所述，本研究通過KCl晶體模板犧牲法和HA-CD調(diào)控IP反應(yīng)的新型PA基NF膜制備策略，不僅為解決傳統(tǒng)NF膜的選擇性與滲透性權(quán)衡問題提供了新思路，而且在工業(yè)廢水濃縮預(yù)處理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，有望有效降低水處理成本和能耗。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助，湖南科技大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院朱博博士為第一作者兼通訊作者，曾樂林副教授和周虎教授為共同通訊作者。
文獻(xiàn)詳情：
Polyamide-based nanofiltration membranes with acicular leaf-like structure for rapid and selective separation of mono-divalent salts
Bo Zhu,* Tiefan Huang, Lelin Zeng,* Nan Li, Zhiwei Xu, Jianxian Zeng, Hu Zhou*
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738825001358?via%3Dihub
長(zhǎng)按掃碼，查看原文
熱門跟貼