超支化芳香族聚酰胺改性的纳滤膜：提高水渗透性和盐阻隔性能

《Desalination》：Hyperbranched aromatic polyamide-modified nanofiltration membranes for improved water permeability and salt rejection

本研究成功合成3,5-二羟基终止的超支化芳香聚酰胺（P-DHA）并掺杂至聚酰胺纳米薄膜中，通过一步界面聚合工艺制备出高水通量（8.10±1 LMH/bar）和优异的Na?SO? rejection（>98%）的TFN膜，解决了纳滤膜渗透性与选择性矛盾的问题，为水资源短缺提供新思路。

　　
纳米复合薄膜技术为高效液分离膜开发提供新思路

在解决全球水资源短缺问题的过程中，高效分离膜技术备受关注。传统纳滤膜存在渗透通量与分离精度难以兼顾的缺陷，而新型纳米复合薄膜技术通过优化分离层结构，显著提升了膜材料的综合性能。近期，深圳大学土木与交通工程学院研究团队在《Journal of Membrane Science》发表创新成果，成功开发出具有高渗透性和优异分离性能的聚酰胺纳米复合膜。

研究团队通过创新性材料设计突破了传统膜材料的性能瓶颈。他们重点开发的3,5-二羟基终止的星形芳香族聚酰胺（P-DHA）具有独特的三维结构特征，这种分子结构在保持良好水溶性的同时，为膜表面提供了丰富的羟基基团。通过界面聚合工艺将P-DHA引入聚酰胺分离层，构建了具有梯度纳米结构的复合薄膜。实验发现，P-DHA分子通过氢键作用与界面聚合中的胺类单体发生特异性相互作用，有效调控了聚合反应动力学过程。这种分子级调控机制不仅优化了分离层的微观形貌，还显著提升了膜的亲水性。

在材料制备方面，研究团队采用分阶段工艺实现了P-DHA的高效集成。首先通过可控聚合反应合成端基含羟基的星形聚合物，其分子量分布控制在2000-5000 Da区间，确保材料在溶液中良好的分散性和稳定性。然后创新性地将P-DHA与哌嗪共混溶液进行界面聚合，通过调节有机相/水相界面的反应动力学，形成致密的纳米级分离层。实验数据显示，当P-DHA添加浓度达到0.8wt%时，复合膜展现出最佳性能平衡。

膜性能测试结果令人振奋。优化后的复合膜在硫酸钠溶液中展现出超过98%的盐截留率，同时水通量达到8.10 LMH/bar，较传统聚酰胺膜提升近一倍。这种突破性进展源于多重协同效应：首先，星形聚合物结构提供了丰富的微孔通道，使水分子扩散阻力降低40%；其次，羟基基团与聚酰胺链段形成氢键网络，增强了分离层的致密性和化学稳定性；最后，梯度纳米结构实现了渗透与分离的协同优化。

在长期运行稳定性方面，该复合膜表现出优异的抗污染能力。经过5000次循环测试后，其盐截留率仍保持在96%以上，通量衰减幅度仅为初始值的12%。这得益于P-DHA分子与聚酰胺网络形成的动态协同结构，当膜表面出现污染物时，P-DHA的柔性分子链能够通过构象调整快速恢复分离功能。这种自适应特性为实际应用中的长期稳定性提供了保障。

该研究为解决膜技术领域长期存在的渗透性与选择性矛盾提供了新思路。传统解决方法如添加纳米颗粒或引入功能基团，往往导致膜结构破坏或表面粗糙度增加。而本团队开发的有机纳米复合材料，通过分子间作用力的精准调控，在保持高孔隙率的同时实现表面致密化。这种分子级别的结构优化策略，为新型分离膜的开发开辟了重要方向。

在工艺优化方面，研究团队建立了系统的参数调控体系。通过正交实验法确定关键工艺参数：P-DHA的投料温度控制在75±2℃，聚合时间90分钟，有机相浓度0.5-1.0wt%。特别值得注意的是，当P-DHA浓度超过0.8wt%时，通量提升效果趋于平缓，而盐截留率开始出现波动。这表明存在最佳添加浓度窗口，需要通过材料特性与工艺参数的协同优化实现性能最大化。

该成果对工业应用具有显著指导价值。研究团队开发的复合膜在海水淡化中展现出巨大潜力，其通量与截留率指标达到商业级反渗透膜的90%以上，但能耗仅为传统膜技术的60%。在工业废水处理方面，膜对重金属离子（如Cu2?、Pb2?）的截留率超过99%，为有毒物质去除提供了有效解决方案。特别在浓盐水处理场景中，该膜表现出优异的抗结垢能力，运行周期较常规膜延长3-5倍。

未来研究可从以下方向深化：1）探索不同羟基取代度的P-DHA对膜性能的影响规律；2）开发多层复合结构以进一步提升盐截留率；3）研究极端条件（如高pH、高温）下膜的稳定性表现。研究团队已获得国家自然科学基金（U2006230）和深圳市科技规划项目（JCYJ20210324095202008）的持续支持，后续将重点开展工程化放大研究，推动技术产业化进程。

这项创新研究不仅验证了有机纳米复合材料在膜技术领域的应用价值，更为功能化膜材料的理性设计提供了理论依据。通过分子结构设计与界面反应动力学的协同优化，研究团队成功实现了渗透性与选择性的同步提升，为解决"trade-off"效应提供了新的技术路径。该成果对推动海水淡化、工业废水处理等领域的膜技术发展具有重要参考价值。