弱酸/碱后处理对薄膜复合纳滤膜性能调控机制研究及其应用前景

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Impacts of weak acid or alkali post-treatment on properties and performance of thin-film composite nanofiltration membranes

本文系统探讨了弱酸/碱溶液后处理结合加热对新型聚酰胺（PA）纳滤膜（NF）性能的调控机制。研究发现溶液pH值主导质子迁移行为，进而影响膜层交联度与孔径分布，其中NaHCO3处理可获得最致密孔结构（截留分子量200-250 Da），而Na2CO3处理膜具有最高水通量（20-30 L m-2 h-1 bar-1）。该研究为绿色温和的膜定制化改性提供了新策略。

　　

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Materials and chemicals

采用分子量截留（MWCO）为20 kDa的商用聚醚砜（PES）超滤膜作为基底。哌嗪（PIP）和均苯三甲酰氯（TMC）分别作为水相与有机相单体参与界面聚合（IP）。后处理试剂包括NaHSO₃、NaH₂PO₄等弱酸/碱盐溶液，所有试剂均溶于去离子（DI）水配置成特定浓度。

Physicochemical properties of the NF membranes

扫描电镜（SEM）显示所有后处理膜均呈现典型结节状聚酰胺形貌（图S1），表面粗糙度维持在5-8 nm。傅里叶变换红外光谱（FTIR）表明弱酸/碱处理未引入新化学基团，但通过调节羧基质子化程度改变了膜表面电荷（Zeta电位）。值得注意的是，NaHCO₃处理使膜活性层厚度增加至约150 nm，而Na₂CO₃处理则使厚度减至100 nm，印证了不同pH环境对聚酰胺交联度的差异化调控。

Conclusion

弱酸/碱后处理通过调控质子迁移路径，实现了对纳滤膜孔结构与表面性质的精准优化。该方法在保持200-250 Da截留能力的同时，显著提升了水通量（如Na₂CO₃处理膜达30 L m^-2 h^-1 bar^-1），为面向实际水处理需求的膜材料定制化开发提供了温和高效的解决方案。