揭示反渗透膜表面涂层对多样化抗污染特性的调控机制

本文系统探讨了通过物理沉积（C-PEI）与共价接枝（G-PEI）两种方式将聚乙烯亚胺（PEI）修饰于商业反渗透（RO）膜表面的效果。研究发现改性膜在保持脱盐性能不变的同时，通过增强亲水性及质子化胺基（–NH3+）显著提升了抗生物污染性能（静态抗菌率>59.9%，动态通量保留>58.9%），但对有机/无机污染抑制效果有限，为多场景抗污染膜设计提供了理论依据。

　　

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Materials and chemicals

商用SW30膜购自杜邦公司（美国）。N-羟基琥珀酰亚胺（NHS, 98%）采购自Energy Chemical（上海），4-吗啉乙磺酸（MES, ≥99.5%）、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC, 98%）和聚乙烯亚胺（PEI, 分子量：1800 Da）购自阿拉丁（上海）。其他无机盐试剂（如Na₂SO₄、CaCl₂等）均采购自国药集团。

Optimization of the PEI-modified membranes

表面改性是提升薄膜复合（TFC）膜抗污染能力的有效策略。本研究对比了三种RO膜：原始SW30、物理涂覆PEI膜（C-PEI）和化学接枝PEI膜（G-PEI）。为公平比较，我们通过控制PEI负载量确保改性膜表面特性变化可控。表征结果显示，两种改性方式均未明显改变膜表面形貌和脱盐性能，但成功引入了更高的亲水性和正电性——这就像给膜表面穿了一件“带电保湿外衣”，为后续抗污染实验奠定了基础。

Conclusion

本研究通过化学接枝（G-PEI）和物理涂覆（C-PEI）成功构建了PEI改性RO膜。结果表明，PEI修饰在保持膜分离性能的同时显著提升了抗生物污染能力。改性膜表面增强的亲水性与质子化胺基（–NH₃⁺）通过静电作用破坏细菌细胞的膜电位与渗透平衡，宛如在膜表面构筑了一道“电击屏障”。然而，这种正电特性对带负电的无机/有机污染物反而可能产生“磁吸效应”，说明单一修饰策略难以应对多重污染类型。