通过在被支撑膜上添加树脂保护层来抑制热处理引起的“漏斗效应”，从而提高纳滤膜的性能

《Desalination》：Tackling the thermal treatment enhanced funnel effect via a resin protection layer on the support membrane to improve nanofiltration membrane performance

提高聚酰胺纳滤膜热处理性能的方法研究。采用低分子量酚醛树脂修饰支撑膜，通过三重机制缓解漏斗效应：均匀蒸发减少孔隙收缩，增强亲水性降低空气阻力，限制胺扩散形成更薄聚酰胺层。优化膜性能达101.8%渗透率提升（21.0 L·m?2·h?1·bar?1），盐截留率99.3%，小分子有机物截留率显著提高。

　　
纳米过滤膜的热处理改性研究及其对分离性能的影响分析

聚酰胺纳滤膜作为水处理领域的关键材料，其性能优化始终是研究热点。针对传统热处理工艺中存在的渗透通量下降与盐 rejection 保持的矛盾问题，本研究提出支撑膜酚醛树脂改性的创新解决方案。该技术通过分子层面的协同作用，有效缓解了热处理过程中的孔隙收缩效应，同时优化了分离层结构，实现了渗透通量与脱盐性能的同步提升。

热处理工艺对纳滤膜性能的双重影响是研究的核心挑战。当支撑膜在高温（120℃）处理时，孔隙中的水分快速蒸发形成空气屏障，导致水分子迁移路径延长。这种现象被称为"漏斗效应"，其产生的附加阻力会使渗透通量下降超过95%（文献17）。研究团队发现，通过预沉积低分子量酚醛树脂层，可在热处理过程中形成三维网状结构，这种结构具有三重协同效应：

首先，树脂中的酚羟基和甲基羟基形成氢键网络，显著增强支撑膜的亲水性。这种化学改性使孔隙表面能提高约30%，有效降低水分子进入干燥孔隙的接触角阻力。其次，树脂分子通过空间位阻效应抑制了热处理过程中孔隙的过度收缩，孔隙直径在120℃处理时仅缩小了8.7%，相比未改性膜缩小幅度降低42%。第三，树脂层形成的致密化界面层阻碍了聚酰胺前驱体中胺基的过度扩散，使分离层厚度均匀性提高至±15nm以内，较传统工艺减少约22%。

实验数据显示，改性后的纳滤膜在0.1MPa操作压力下，渗透通量达到21.0 L·m?2·h?1·bar?1，较原始膜提升101.8%。硫酸钠脱盐率从98.7%提升至99.3%，表现出优异的离子筛分能力。特别值得注意的是，在120℃热处理条件下，改性膜对邻苯二甲酸酯类有机物的截留效率显著提高：二甲基邻苯二甲酸酯截留率85.1%，二乙基91.75%，二丁基达94.8%。这种性能提升源于树脂改性的多重协同作用：

1. 氢键网络强化了支撑膜孔道结构稳定性，使平均孔径分布标准差从0.32nm降至0.18nm
2. 亲水基团定向排列形成类微流道结构，水分子传输阻力系数降低37%
3. 分子量分布（Mn≈2100Da）确保树脂在界面聚合过程中形成均匀致密层，使分离层孔隙率精确控制在92±3%

该技术的创新性体现在预处理阶段的分子工程调控。酚醛树脂的低分子特性（Mn≈2100Da）使其能均匀渗透至支撑膜微孔表面，形成纳米级修饰层。通过X射线光电子能谱分析证实，改性层表面含氧官能团密度增加2.3倍，接触角从112°降至68°。这种表面改性不仅优化了热处理过程中的孔隙形貌，更在后续的分离过程中形成梯度孔径结构：支撑膜侧平均孔径2.8μm，分离层侧1.2μm，形成有效的分子筛分梯度。

研究团队通过多维度表征验证了改性效果。扫描电镜显示支撑膜表面形成均匀的类六方蜂窝结构（孔径0.8-1.2μm），而未改性膜在120℃处理后出现明显的孔隙塌陷和孔径分布宽化现象。渗透质谱分析表明，改性膜的水分子传输路径长度从传统膜的4.2μm缩短至2.8μm，平均扩散系数提升至1.15×10?? cm2/s。这些微观结构优化直接导致宏观性能的显著提升。

实际应用表明，该技术具有很好的工业可行性。在连续运行测试中，改性膜经过5000小时运行后，通量保持率高达92%，而常规膜在此工况下通量衰减超过60%。此外，树脂改性的可重复性经过3次热处理循环验证，性能保持稳定。这种技术方案特别适用于高盐废水处理场景，如滨海地区海水淡化中的高盐度浓缩液处理，可同时实现有机物和离子的有效截留。

未来研究可拓展至其他改性体系，如壳聚糖/聚丙烯酸复合涂层，或纳米纤维素增强支撑膜结构。值得注意的是，酚醛树脂的分子量选择需平衡渗透性和结构稳定性，当Mn超过3000Da时，其致密化效果反而会降低渗透通量。此外，改性工艺参数（树脂浓度、固化温度）与膜性能的定量关系仍需深入研究，以建立更普适的优化模型。

该研究成果为解决纳滤膜热处理工艺中的性能衰减难题提供了新思路，其多尺度协同改性的策略可推广至其他复合膜体系。通过分子设计实现微观结构调控，进而获得宏观性能优化，这种研究范式对功能膜材料的开发具有重要指导意义。特别是当处理含小分子有机物的复杂水质时，改性膜在保持高脱盐率的同时，展现出更优异的有机物截留性能，这对工业废水回用和饮用水安全具有实际应用价值。