bevictor伟德官网2021年12月24日電（通訊員 王昆朋）bevictor伟德官网黃霞教授團隊在多年來的研究基礎上，系統分析了納濾膜的制備-特征-性能關系，首次全面定義了納濾膜的分離選擇性，建立了不同選擇性場景下納濾膜滲透性與選擇性之間的權衡（Tradeoff）關系并總結了突破當前Tradeoff效應的膜制備策略及機理，提出了為水處理不同應用場景量身定制納濾膜的概念并讨論了面向水處理需求的未來納濾膜的研究重點和發展方向。

納濾膜具備亞納米級可調的孔徑分布和豐富的表面官能團，可以從水中選擇性去除或保留目标溶質，近年來在飲用水安全保障、污/廢水回用和有價資源高效回收領域引起了廣泛關注。然而在許多應用場景中，目前商品化納濾膜的選擇性很難達到分離需求，且存在水通量較低的情況，這些不足限制了納濾膜在水處理領域的更廣泛應用。材料科學的發展和膜制備工藝的優化為提升納濾膜分離性能提供了有效的解決方案，系統總結納濾膜的制備-特征-性能關系有助于架起納濾膜制備和水處理應用的橋梁，實現納濾膜的定向調控以滿足不同的水處理需求。

從材料設計和制備工藝優化出發，調控納濾膜的性質，實現納濾膜的定制，滿足不同水處理需求。

實現納濾膜的定制化最根本的是在制備過程中可控設計納濾膜的結構和表面化學特征。文章首先從膜材料和制備工藝等方面綜述了近年來在納濾膜結構可控設計領域取得的進展，一方面通過優化基膜結構，調控反應過程和對初生膜後處理等措施提高對傳統界面聚合過程的控制，充分挖掘其潛能；另一方面利用新材料和新的可控反應過程實現納濾膜結構的定向調控，如聚電解質層層組裝納濾膜、多酚共沉積納濾膜、仿生水通道納濾膜和層狀材料納濾膜等。通過對近400篇論文成果進行系統和深入分析，總結了不同材料和工藝制備的納濾膜的分離性能與發展前景。

實現納濾膜定制化的兩條途徑：a. 強化對傳統界面聚合反應過程的調控；b. 采用新的可控反應和材料制備納濾膜。

本研究基于溶劑/溶質傳質理論和數學模型，系統讨論了納濾膜的特征-性能關系，分析納濾膜結構和表面化學參數對分離性能的影響，并指出通過減小分離層的厚度、增大水有效滲透面積、構造水快速滲透通道和提高分離層親水性來改善納濾膜的水滲透性能；通過調控膜孔大小及分布、膜表面電荷和親疏水性來提升納濾膜的選擇性。在此基礎上，總結了近年來研究人員在不同調控策略方面做出的努力，通過對數據的定量化統計分析揭示不同調控策略的内在機理并指出不同方法待深入研究的問題。

納濾膜結構和物理化學特征與分離性能之間的關系

本研究對納濾膜的選擇性進行了系統分類，即水/離子選擇性、水/有機物選擇性、單價/多價離子選擇性、離子/有機物選擇性。根據不同應用場景的分離需求，系統地讨論了現有不同材料和制備工藝的納濾膜在水處理中的應用現狀和前景，包括市政水處理中消毒副産物前驅體和微量污染物去除、工業給水除硬和高鹽廢水零排放、鹽湖锂鎂分離等領域，旨在填補水處理行業對不同種類高性能納濾膜的迫切需求和近年來學術界發表大量關于納濾膜制備文獻之間長期存在的鴻溝，根據不同水處理行業的需求，指明未來納濾膜制備與調控的方向。

納濾膜分離選擇性的分類

該研究成果以“基于膜制備-特征-性能關系為水處理定制納濾膜”（Tailored design of nanofiltration membranes for water treatment based on synthesis-property-performance relationships）為題發表在《化學學會評論》（Chemical Society Review）期刊上。bevictor伟德官网博士生王昆朋為論文的第一作者，黃霞教授為論文的通訊作者，bevictor伟德官网王小亻毛副研究員、博士生郦丹陽、碩士生傅若語，同濟大學劉彥伶助理教授，耶魯大學Menachem Elimelech （梅納赫姆·埃利米勒）教授、博士生Brielle Januszewski（布麗爾·雅努謝夫斯基）對研究作出了重要貢獻。本研究得到國家自然科學基金的資助。

論文鍊接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cs/d0cs01599g