基底特性与脂质体协同调控构建高通量反渗透脱盐膜的机制研究

为解决反渗透(RO)膜渗透性与选择性难以协同提升的问题，新加坡南洋理工大学团队通过调控聚醚砜基底孔径(6.0-10.0 nm)与孔隙率，结合阳离子脂质体DOTAP的界面聚合(IP)修饰，成功构建多层聚酰胺(PA)选择层。该膜在2 bar低压下实现水通量提升17倍(0.48→8.30 L m?2 h?1 bar?1 )，截盐率提高11.7%(82.8%→94.5%)，为苦咸水淡化提供了可规模化制备的高效膜材料。

　　

随着全球水资源短缺加剧，反渗透(RO)脱盐技术因其能耗低、空间效率高等优势成为研究热点。然而传统薄层复合(TFC)膜面临渗透性与选择性此消彼长的"trade-off效应"，其核心限制在于界面聚合(IP)过程中基底特性与纳米添加剂的协同机制尚未明晰。现有研究多聚焦单一变量调控，难以实现膜性能的突破性提升。

新加坡南洋理工大学环境与水资源研究院团队在《Journal of Membrane Science》发表研究，系统考察了聚醚砜(PES)基底孔径(6.0/8.5/10.0 nm)与孔隙率对IP过程的调控规律，创新性引入阳离子脂质体DOTAP(1,2-二油酰-3-三甲基铵-丙烷)作为反应调节剂。通过动态光散射(DLS)表征脂质体粒径(82.9 nm)，结合场发射扫描电镜(FESEM)观测选择层形貌，采用错流过滤装置评估膜性能。

基底优化机制
研究发现8.5 nm孔径基底能平衡单体(MPD)供给与反应热耗散，形成的聚酰胺(PA)层纳米空隙扩大至124±38 nm，表面粗糙度(Ra)达76.2 nm，较对照组提升2.3倍。这种"脊谷"结构通过增加有效过滤面积和形成"沟槽效应"显著促进水传输。

脂质体协同效应
DOTAP通过两亲性分子结构扩展两相混溶区，同时通过静电作用延缓MPD扩散，诱导形成多层PA结构。二次聚合覆盖初始缺陷，使截留分子量(MWCO)从389 Da降至267 Da，孔径分布变窄(PDI<0.1)。

性能突破
优化后的膜在2 bar低压下展现卓越性能：水通量达8.30 L m^?2
h^?1
bar^?1
，NaCl截留率94.5%。长期测试显示该膜抗污染性强，经5次化学清洗后通量恢复率>95%。

该研究首次揭示基底特性与脂质体添加剂的协同作用机制，通过精准调控IP反应动力学，实现膜结构-性能的定向设计。所开发的高通量RO膜可降低46%的苦咸水淡化能耗，为下一代脱盐膜规模化制备提供理论指导与技术支撑。