编辑推荐：
随着全球淡水资源日益匮乏，海水淡化技术愈发重要，其中海水反渗透（SWRO）膜性能至关重要。研究人员为明晰膜压实致性能下降的机制，对比自制与商用 LG 膜 60 天连续运行情况。结果发现压实使膜通量降低，揭示了关键机制，为高性能膜开发提供理论支持。
在当今世界，淡水资源的短缺问题愈发严峻，就像一场逐渐蔓延的 “水危机风暴”，严重影响着人们的生活与发展。海水淡化技术作为获取淡水资源的 “希望之光”，受到了广泛关注。其中，海水反渗透（SWRO）膜在海水淡化过程中扮演着核心角色，它就像是一道精准的 “分子筛”，能够有效过滤海水中的盐分等杂质，产出可供使用的淡水。
然而，SWRO 膜在实际运行时却面临着一个棘手的问题。在海水淡化过程中，SWRO 膜需要在高压（约 5.5MPa）环境下工作，这就好比让一个人长期承受巨大的压力，膜会逐渐被压实、变得致密。这种压实现象会导致膜的性能不断下降，其中最明显的就是膜的渗透率快速降低，并且这种下降会随着时间持续恶化。这不仅大大增加了海水淡化的运行能耗，缩短了膜的使用寿命，还使得膜需要频繁更换和维护，大幅提高了海水淡化的成本，就像给海水淡化产业戴上了沉重的 “枷锁”，严重阻碍了其发展。
更糟糕的是，目前对于 SWRO 膜压实导致性能下降的具体机制，科研人员还没有完全弄清楚。这就好比在黑暗中摸索前行，没有明确的方向，极大地限制了高性能、抗压实反渗透膜的研发。为了突破这一困境，来自国内的研究人员勇敢地迎接挑战，开展了一项极具意义的研究。
研究人员以自制的 SWRO 膜和商用 LG 膜（LG SW400R）为研究对象，进行了一场长达 60 天的 “马拉松式” 连续运行测试。在测试过程中，始终保持较高的压力（5.5MPa）和盐度（32,000mg/L NaCl）条件，就像模拟膜在实际海水淡化环境中的 “艰难工作场景”。同时，他们运用了多种先进的技术手段，如 X 射线散射技术，它就像一台能够深入材料内部的 “显微镜”，可以从亚纳米到微米尺度对膜的内部结构进行详细分析；还有扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM），这些技术能够从微观和亚微观层面观察膜的结构形态，为研究提供了多维度的视角。
在研究过程中，研究人员发现，在长期运行后，自制膜和 LG 膜都出现了通量下降的情况。自制膜的初始渗透通量为 52.66L m?2 h?1，60 天后下降了 42.10%，降至 30.49L m?2 h?1；LG 膜的初始渗透通量为 43.50L m?2 h?1，60 天后下降了 32.55%，降至 29.34L m?2 h?1。通过对膜结构的深入分析，研究人员发现，在压实过程中，聚砜（PSf）支撑层的大孔被压实，但在亚微观层面没有明显变化；聚酰胺（APA）分离层的宏观结构也没有受到显著影响。然而，无论是自制膜还是 LG 膜，压实后聚酰胺链间分子间距都减小了，自制膜减小了 0.07?，LG 膜减小了 0.04?。正是这种分子间距的减小，导致了膜通量的下降，同时也使得脱盐率有所增加。
这项研究成果发表在《Desalination》上，具有极其重要的意义。它就像一把 “钥匙”，从亚微观层面揭示了 SWRO 膜压实过程中渗透率下降的关键机制，为高性能、抗压实 SWRO 膜的研发提供了宝贵的理论依据。有了这些理论支持，科研人员在研发新型膜材料时就有了更明确的方向，有望开发出性能更优异的 SWRO 膜，从而提高海水淡化的效率，降低成本，为缓解全球水资源短缺问题贡献重要力量。
主要技术方法
研究人员采用了交叉流过滤系统，对自制膜和 LG 膜进行 60 天连续运行测试，监测膜性能变化。利用 X 射线散射技术，结合扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM），对膜的微观和亚微观结构形态进行表征分析，以探究膜压实前后的结构变化。
研究结果
- 长期性能：通过交叉流过滤系统对自制膜和 LG 膜连续运行 60 天的分析发现，自制膜初始渗透通量（52.66L m?2 h?1）高于 LG 膜（43.50L m?2 h?1）。运行 60 天后，自制膜通量下降 42.10%，LG 膜下降 32.55% 。
- 膜结构变化：运用多种技术手段分析发现，长期运行后，PSf 支撑层大孔被压实，亚微观层面无明显变化，APA 分离层宏观结构未受显著影响，但自制膜和 LG 膜的 APA 链间分子间距分别减小 0.07? 和 0.04?。
研究结论与讨论
通过对自制膜和 LG 膜 60 天连续运行的对比研究，明确了 SWRO 膜压实行为导致通量显著下降的主要原因。即压实使膜的聚酰胺链间分子间距减小，进而造成膜通量下降、脱盐率增加。这一研究成果为从微观层面理解膜压实机制提供了关键依据，有助于推动高性能、抗压实 SWRO 膜的开发，对提升海水淡化效率、降低成本意义重大，为解决全球水资源短缺问题带来了新的希望。
