揭示介电排斥在纳滤膜离子选择性中的关键作用：从磷酸盐回收到微污染物去除的机制突破

为解决纳滤膜(NF)在磷酸盐回收与新兴微污染物(EMPs)截留中的选择性难题，厦门大学研究团队系统探究了介电效应(含Born效应和镜像力)与Donnan效应的协同机制。通过制备不同孔径和等电点的电中性膜，结合DSPM-DE与SEDE模型拟合，首次证实SEDE模型对二价离子(如Mg2+ 、HPO4 2- )截留预测的优越性，为定制化NF膜设计提供了理论新范式。

　　

全球变暖引发的极端气候正威胁农业安全，而污水中富含的磷资源与非可再生性微污染物形成回收悖论。传统生物处理对新兴微污染物(EMPs)去除乏力，纳滤技术虽能实现溶质/溶剂选择性分离，但其核心机制——尺寸排阻、Donnan效应和介电效应的协同规律尚未明晰。尤其当电中性膜兴起以弱化Donnan效应时，介电效应中镜像力的作用长期被低估。厦门大学团队在《Journal of Membrane Science》发表的研究，首次系统解耦了这些物理化学力的博弈关系。

研究采用界面聚合(IP)技术制备具有梯度孔径(小于/大于离子水合半径)和不同等电点(IEPs)的聚酰胺膜，通过DSPM-DE和SEDE模型拟合离子截留数据。关键实验技术包括：1) 分子量截留(MWCO)表征膜孔径；2) 电位分析测定膜电荷特性；3) 跨膜通量与截留率测试；4) 模型参数优化与验证。

材料与方法
选用聚醚砜超滤膜为基材，通过调节哌嗪(PIP)/均苯三甲酰氯(TMC)配比和聚乙烯亚胺(PEI)嫁接构建膜结构。采用D-木糖标定孔径，zeta电位分析表征电荷特性。

膜性能与模型拟合
小孔径膜(S-)对Mg²⁺
截留率达93%，显著高于大孔径膜(L-)的68%。SEDE模型预测误差比DSPM-DE降低40%，尤其对HPO₄
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等高价离子，证实镜像力在窄孔内的主导作用。当pH>IEP时，膜负电荷增强但介电效应贡献仍占35%。

结论与意义
该研究颠覆了传统认为Donnan效应主导的观点，揭示：1) 对于电中性小孔膜，介电效应(尤其镜像力)对二价离子截留贡献超50%；2) SEDE模型整合Born效应与镜像力，成为预测多价离子分离的新标准；3) 膜孔尺寸与介电常数协同调控离子脱水能垒。这些发现为设计靶向回收HPO₄
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同时截留EMPs的膜提供理论基石，推动水处理从"粗筛"迈向"分子精准识别"时代。Yangying Zhao团队指出，未来可通过对膜介电特性的纳米工程，进一步放大介电排阻效应，这对实现磷循环经济具有战略意义。