乙醇调控铝-单宁酸网络纳滤膜的可控制备及其高效抗生素去除性能研究

针对现有金属-多酚网络(MPN)纳滤膜对小分子污染物截留不足的问题，研究人员通过乙醇溶剂调控策略构建了Al3+-单宁酸(TA)复合膜。该研究创新性地发现Al3+因其小尺寸、高电荷与TA的强配位作用可形成致密分离层，乙醇环境能增强TA分子间π-π*相互作用，最终获得截留分子量低至188 Da（孔径0.45 nm）、通量达14.3 L·m?2·h?1·bar?1的高性能膜，其抗生素去除效果媲美商用聚酰胺膜NF270，为微污染物治理提供了新思路。

　　

随着工业发展和人口增长，水环境中药物、农药等微污染物已成为全球性挑战。这些分子量在200-400道尔顿(Da)的小分子物质难以被传统水处理技术有效去除，而现有纳滤膜往往在截留率与通量之间难以平衡。金属-多酚网络(MPN)膜因其制备简便、环境友好等优势受到关注，但既往研究多聚焦铁、铜等金属离子，形成的膜结构疏松，对微污染物截留效率有限。更棘手的是，溶剂体系对MPN膜形成机制的影响长期被忽视，这严重制约了高性能膜的精准设计。

武汉工程大学的研究团队在《Desalination》发表的研究中，另辟蹊径选择生物相容性更好的铝离子(Al³⁺)作为配位中心，通过乙醇溶剂调控策略成功制备出超致密Al³⁺-单宁酸(TA)复合纳滤膜。该研究不仅首次系统揭示了溶剂极性对TA分子自组装行为的影响规律，更开发出性能超越商用膜的微污染物去除新方案。

研究采用三步关键技术：首先通过对比不同金属离子(Cu²⁺/Co²⁺/Ni²⁺/Al³⁺)与TA的配位能力筛选最优组合；其次利用溶剂极性调控TA溶液（水/乙醇混合体系）的涂覆效果；最后通过层层沉积法在聚砜(PSF)基膜上构建功能分离层。研究特别考察了溶剂环境对TA分子电离状态和分子间作用力的影响，并采用截留分子量(MWCO)测试、渗透通量测定等手段综合评价膜性能。

材料选择揭示Al³⁺的独特优势
通过对比四种金属离子与TA的配位效果发现，Al³⁺凭借其0.54 ?的极小离子半径、+3价高电荷以及高达18.83 eV的电离势，与TA酚羟基形成的配位键结合能显著高于其他离子。X射线光电子能谱(XPS)证实Al-O配位键占比达78.3%，这直接导致膜孔径缩小至0.45 nm，较传统Fe³⁺-TA膜降低38%。

乙醇溶剂诱导致密结构形成
当TA溶解于乙醇时，其酚羟基电离度较水溶液降低67%，这减少了TA与金属离子的单齿配位概率，促使形成更多交联网络。原子力显微镜(AFM)显示乙醇体系制备的膜表面粗糙度(Ra)达28.6 nm，是水溶液膜的2.1倍，这种三维结构增大了有效过滤面积。更重要的是，荧光光谱证实乙醇中TA分子的π-π*堆积作用增强，使选择性层厚度从92 nm增至145 nm。

性能突破商业膜基准
优化后的Al³⁺-TA/PSF膜对聚乙二醇200(PEG200)截留率达98.5%，MWCO低至188 Da，创下MPN膜领域新纪录。其14.3 L·m^?2·h^?1·bar^?1的水通量较文献报道的TA-Fe膜提升76%。在磺胺甲恶唑(253 Da)、萘普生(230 Da)等抗生素去除测试中，截留率与商用聚酰胺膜NF270相当，但通量高出后者40%。

这项研究通过巧妙的溶剂工程策略，突破了MPN膜在微污染物去除领域的技术瓶颈。Ying Zhang等不仅首次证实Al³⁺在构建超致密分离膜中的独特价值，更建立了"溶剂极性-分子组装-膜性能"的调控关系模型。该成果为开发低能耗、高选择性的新一代纳滤膜提供了理论依据，尤其对制药废水、医疗污水等含抗生素废水的处理具有重要应用前景。研究团队特别指出，未来可进一步探索其他三价金属离子(如Ga³⁺)与不同多酚化合物的组合，以拓展MPN膜在特种分离领域的应用边界。