综述：开发用于压力驱动液体分离的薄膜复合膜的可持续途径

这篇综述系统探讨了薄膜复合（TFC）膜制造中的可持续性挑战与创新，聚焦绿色化学原则下的生物基单体（如没食子酸、单宁酸）、环保溶剂（如γ-戊内酯）及节能界面聚合（IP）技术（如雾化IP），旨在平衡高性能（如脱盐率、水通量）与生态友好性，为水处理（NF/RO/OSN）领域提供新思路。

　　

Abstract

薄膜复合（TFC）膜凭借超薄交联选择层在水处理领域占据主导地位，但其制造过程因依赖化石基聚合物（如聚砜）和有毒溶剂（如正己烷）面临可持续性质疑。近年研究转向天然单体（如环糊精衍生物）和生物基溶剂（如乳酸乙酯）合成聚酰胺（PA）、聚酯（PE）及聚酯酰胺（PEA）选择层，并通过雾化IP等技术降低化学消耗。然而，绿色TFC膜在脱盐性能（如NaCl截留率<95%）与水通量（<5 L·m^-2·h^-1·bar^-1）上仍落后于商业膜，亟需突破材料与工艺协同优化瓶颈。

Introduction

全球NF与RO市场预计2029年分别达34亿和257亿美元，推动TFC膜需求激增。中国和美国主导相关研究，但传统IP工艺的环保缺陷（如使用69.1吨正己烷废弃物）促使学界探索绿色替代方案。TFC膜结构（聚砜基材+非织造布支撑）虽可定制，但PA层的毒性单体（MPD/TMC）和溶剂（环己烷）成为可持续化改造的核心靶点。

Sustainable monomers for selective layer synthesis

Natural monomers used in aqueous solution

单宁酸（TA）与没食子酸（GA）因其多酚结构可替代MPD，形成交联度较低的PA层，使染料截留率（刚果红>99%）提升但水通量降低30%。环糊精（CD）衍生物通过羟基与TMC反应生成PE层，对MgSO₄截留率达92%，但机械强度不足。

Natural monomers used in organic solvent

呋喃二甲酰氯（FDA）替代TMC合成PEA层，结合PIP单体实现染料/Mg²⁺分离选择性提升2倍，但工业规模合成仍受限。

Chemical-efficient interfacial polymerization techniques

雾化IP技术（MIP）将PIP用量从100 mL/m²降至5 mL/m²，微液滴界面反应使PA层厚度减少至15 nm，水通量提高40%。无溶剂蒸汽IP（SIP）通过气态TMC沉积实现选择层原位生长，但设备复杂度增加。

Challenges of sustainable TFC membrane development

商业化障碍包括：①生物基单体批次差异导致膜性能波动（±15%）；②γ-戊内酯溶剂成本是环己烷的3倍；③PE膜氯耐受性差（<1 ppm次氯酸钠）。

Conclusions

未来需开发标准化生物单体库、溶剂回收工艺及AI辅助IP参数优化，以弥合实验室创新与工业应用间的鸿沟。