基于哌嗪的聚脲纳滤膜：实现NdFeB废水稀土高效回收的耐酸抗污新方案

为解决NdFeB工业酸性废水处理中膜耐酸和抗污性能不足的难题，研究人员开发了基于哌嗪(PIP)与甲苯二异氰酸酯(TDI)的聚脲(PU)纳滤膜。通过界面聚合(IP)和响应面方法(RSM)优化，该膜在15.5 bar下展现出高MgSO4截留率(97.4±0.7%)和通量(21.1±0.6 L m?2 h?1)，并在强酸环境(pH~1)中保持稳定。其独特的尿素键结构提升了耐酸性和抗污性，为回收稀土金属提供了高效解决方案，对工业废水资源化具有重要意义。

　　

在21世纪的今天，工业废水已成为环境污染的隐形杀手，尤其NdFeB（钕铁硼）行业产生的酸性废水，不仅腐蚀性强、污染物负荷高，还蕴含着宝贵的稀土金属资源。然而，现有膜技术如半芳香聚酰胺(PA)膜，在强酸环境中容易降解或污垢积聚，导致分离性能下降。这就像一座金矿被酸雨侵蚀——资源白白流失，环境风险加剧。为什么开发新型耐酸抗污纳滤膜如此迫切？因为传统膜在pH≈1的极端条件下会“崩解”，而稀土回收需求却日益增长。

为了攻克这一难题，中国的研究人员开展了一项创新研究，开发了基于哌嗪(PIP)和甲苯二异氰酸酯(TDI)的聚脲(PU)纳滤膜。通过系统的优化和测试，他们发现这种膜在强酸环境中稳定性卓越，且抗污性能优于商业膜。最终，研究人员得出结论：PIP-TDI膜不仅能高效截留盐分，还能在NdFeB废水中稳定回收稀土金属，为工业废水处理提供了革命性方案。这项重要成果发表在《Journal of Membrane Science》上，标志着膜技术向环境友好和资源回收迈出了关键一步。

为开展研究，作者主要应用了以下关键技术方法：首先，采用界面聚合(Interfacial Polymerization, IP)技术在聚醚砜(PES)超滤基膜上制备PIP-TDI聚脲层；其次，利用响应面方法(Response Surface Method, RSM)优化膜制备参数，包括PIP浓度、TDI浓度和IP时间；最后，通过性能测试评估膜的分子量截留(MWCO)、盐截留率(rejection，如MgSO₄)、通量(flux)，以及耐酸性和抗污性。样本来源于工业NdFeB废水，包含硫酸钕、硫酸镝等稀土金属离子。

Optimization of PIP-TDI membranes

研究人员通过响应面方法(RSM)优化膜制备参数，发现最佳条件为PIP浓度0.85 wt%、TDI浓度0.11 wt%、IP时间5.2 min。回归模型显示，这些参数对MgSO₄截留率和通量影响显著（P<0.05）。在此条件下，膜分子量截留为220 Da，MgSO₄截留率达97.4±0.7%，通量21.1±0.6 L m^?2 h^?1，证明RSM能精准调控膜性能。

Conclusion

该研究证实PIP-TDI膜在强酸环境(pH≈1)中维持结构完整，归因于尿素羰基的电子供体结构(-N-)和氢键配置，抑制了酸催化降解。与商业膜MPS-34相比，其更亲水和低表面能特性赋予优异抗污性能。这为NdFeB废水稀土回收提供了高效、稳定膜技术。

CRediT authorship contribution statement

Lan Chen负责数据分析；Yuhao Guo贡献方法学；Shijian Ge参与数据整理；Yujian Yao撰写初稿；Xuan Zhang主导监督与基金；Meng Li协助分析；Fei Sun贡献初稿与方法。

Notes

作者声明无利益冲突。

Declaration of Competing Interest

无利益竞争。

Acknowledgement

研究获国家自然科学基金(52388101, 22178178)、广东省(2025A1515012857)和江苏省(BK20220081, BK041503)支持。

在结论和讨论部分，研究人员强调PIP-TDI膜的创新性在于其聚脲结构解决了传统聚酰胺膜的酸降解问题。电子供体尿素键提升了化学稳定性，