氨基功能化磷酸银纳米颗粒稳定嵌入聚酰胺脱盐膜活性层以增强抗污染性能的研究

为解决海水淡化膜生物污染问题，研究人员通过界面聚合法将氨基功能化磷酸银纳米颗粒(F-AgP NPs)稳定嵌入聚酰胺(PA)活性层，开发出兼具高效脱盐(Na2 SO4 截留率>96%)和强抗菌性(抑菌率>99%)的复合膜，为抗污染膜材料设计提供新策略。

　　

随着全球水资源短缺问题加剧，海水淡化技术成为解决淡水危机的重要途径。其中，反渗透(RO)和纳滤(NF)膜技术因其高效节能特性被广泛应用。然而，膜污染问题尤其是生物污染严重制约其长期稳定运行——细菌在膜表面形成生物膜会阻塞膜孔，导致渗透通量下降40-60%，能耗增加30%以上。传统抗污染策略如表面接枝改性存在步骤繁琐、稳定性差等缺陷，而无机纳米颗粒的物理掺杂又易导致膜结构缺陷。这些挑战亟需开发新型纳米复合膜材料。

沙特阿拉伯的研究团队在《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》发表研究，通过超声辅助沉淀法合成10-20 nm的氨基功能化磷酸银纳米颗粒(F-AgP NPs)，并利用界面聚合(IP)反应将其共价嵌入聚酰胺(PA)活性层。采用透射电镜(HR-TEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征材料特性，通过跨膜压力测试和细菌培养实验评估膜性能。

【材料合成与表征】
研究首先通过超声辅助沉淀法制备F-AgP NPs，TEM显示其粒径约20 nm且被APTES硅烷均匀包裹。XRD证实晶体结构未受氨基功能化影响，FTIR在3400 cm^-1
处检测到-NH₂
特征峰，EDX图谱确认Ag、P、Si等元素均匀分布。

【膜结构设计】
采用两种交联剂：对苯二甲酰氯(TPC)和均苯三甲酰氯(TMC)分别与含F-AgP的DETA水相反应，制备F-AgP-3A/TPC和F-AgP-3A/TMC膜。SEM显示TPC膜具有融合的结节状表面，而TMC膜呈现更细小的独立结节；AFM测得TMC膜表面粗糙度(R_a
=18.3 nm)显著高于TPC膜(R_a
=1.9 nm)。

【性能测试】
在20 bar压力下，F-AgP-3A/TMC膜渗透通量(23.7 LMH)高于TPC膜(16.7 LMH)，但后者对Na₂
SO₄
截留率更高(96.7% vs 85.7%)。温度升至35°C时，TPC膜通量提升至29.6 LMH而截留率保持95%。840分钟长期测试中，TPC膜通量稳定在12.8 LMH，且添加BSA后归一化通量仅降至0.94。

【抗污染机制】
F-AgP NPs通过破坏细菌细胞膜发挥抗菌作用，SEM观察到大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)明显裂解。抑菌实验显示两种膜对革兰氏阴性/阳性菌抑菌率均>99%，归因于Ag⁺
持续释放和PO₄
^3-
的协同作用。

该研究创新性地通过共价键合实现纳米颗粒在膜活性层的稳定嵌入，解决了传统物理掺杂的颗粒脱落问题。F-AgP-3A/TPC膜在保持高截留率(>96%)同时展现优异抗污染性，其设计策略为开发长效抗污染膜提供了新思路。研究还揭示交联剂结构(TMC/TPC)对膜形貌和性能的调控规律，为定制化膜材料开发奠定基础。未来研究可探索该技术在工业规模膜组件中的应用潜力。