具有多重屏障结构的复合反渗透膜，旨在提升对铵离子的选择性

《Environmental Science & Technology》：Architected Composite Reverse Osmosis Membrane with Multibarrier for Enhanced Ammonium Selectivity

新型聚酰胺掺杂反渗透膜通过分子模拟与静电协同作用实现98.39%铵离子脱除，提升水通量至3.74 L/m2·h·bar。

　　

为了解决传统反渗透（RO）膜在废水处理中对铵离子（NH₄⁺）的去除能力有限（约93%）的问题，研究人员通过将聚酰胺胺（PAMAM）树状大分子掺入聚酰胺（PA）层中，制备出一种新型的薄膜复合反渗透（TFC-RO）膜。这种独特的填充集成结构使RO膜的铵离子去除率达到了98.39%。从机制上看，PAMAM树状大分子优化了界面聚合（IP）过程中的单体扩散动力学和反应热力学，调控了自限制效应，从而形成了缺陷较少、自由体积分布均匀的PA层，提高了膜的尺寸筛选能力，同时保持了良好的水渗透性（3.74 L/m²·h·bar）。此外，嵌入在PA层中的丰富胺基团（?NH₂ 和 R₃N）发生质子化，形成高度正电荷（?NH₃⁺ 和 R₃NH⁺），与带负电的膜表面（?COO^–）协同作用，形成了强大的多尺度静电屏障。该系统直接排斥铵离子，并通过Donnan效应间接增强了对氯离子（Cl^–）的去除效果。同时，质子化的胺基团与铵离子在结构上的相似性在PA层内形成了“浓度陷阱”，通过分子模拟作用提高了膜内铵离子的浓度，从而建立了化学势屏障来抑制铵离子的扩散。这种“结构-电荷-浓度”协同机制有效抑制了铵离子的迁移，并通过优化的表面结构和电荷调控的界面相互作用增强了膜的抗污染性能。这项研究提供了一种先进的膜分离技术，为低碳水循环利用和可持续发展目标做出了重要贡献。