酸性溶液中聚酰胺纳滤膜降解的层次化研究：从性能衰变到分子键断裂的机制解析

本文系统研究了聚酰胺纳滤膜（NF）在酸性环境中的降解机制，通过宏观性能（通量、截留率）、纳米结构（表面形貌、化学组成）和分子键合（酰胺键）的多层次分析，揭示了硝酸（HNO3）和硫酸（H2SO4）对不同芳香性膜（全芳香NF90、半芳香DK/NF270）的差异化侵蚀规律，为酸性废水精准分离与资源回收提供理论支撑。

　　

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Materials

三种纳滤膜（DK、NF90、NF270）由杭州斗楠膜技术有限公司提供。实验所用六水合氯化镁（MgCl₂·6H₂O）、硫酸钠（Na₂SO₄）、氯化钠（NaCl）等试剂购自国药集团化学试剂有限公司，硝酸（HNO₃）和硫酸（H₂SO₄）分别来自成都科隆化工和国药集团。

Permeation performance

纳滤膜纯水渗透性能随压力变化直观反映其通透性。如图2a所示，三种原始膜的水通量随压力升高呈现强线性关系，其中NF270通量显著高于另两种膜，而NF90与DK膜通量相近。三种膜在0.6 MPa下的通量分别为29.22 L·m^?2·h^?1（NF270）、11.52 L·m^?2·h^?1（NF90）和10.38 L·m^?2·h^?1（DK）。酸性降解后，膜通量变化趋势揭示其结构稳定性差异——NF270膜通量下降最明显，仿佛酸液打开了更多水分子通道；而NF90膜通量保持稳定，宛如坚固的分子堡垒抵御了酸性侵袭。

Conclusions

本研究通过性能衰变、纳米结构演变和化学键断裂的层次化策略，系统解析了酸诱导纳滤膜降解机制。实验表明酸性环境显著改变膜表面特性与化学结构，导致分离性能下降。其中全芳香NF90膜因分子结构紧密性展现卓越化学稳定性，而半芳香膜（如NF270）更易受酸攻击。分子动力学模拟（MD）和密度泛函理论（DFT）计算进一步从水分子传输和酰胺键演化角度揭示了降解过程与膜结构特性的关联机制。