氯氧化对聚酰胺纳滤膜截留新兴污染物的性能调控机制与选择性强化研究

本研究针对聚酰胺纳滤膜(NF)在氯氧化过程中对新兴污染物(ECs)截留性能变化机制不明的关键问题，通过系统分析NF90和NF270两种膜在不同氯氧化强度(CT值)下的物化性质与分离性能，揭示了氯氧化诱导的膜孔径分布窄化、表面负电荷增强可提升全芳香聚酰胺膜对PFASs的截留选择性，而半芳香聚酰胺膜因叔酰胺结构耐氯性更优。该研究为含氯水处理场景下的膜材料选择与优化提供了理论依据。

　　

随着工业化进程加速，全氟烷基物质(PFASs)和抗生素等新兴污染物(ECs)在水体中的检出引发全球关注。这类物质即使痕量存在也可导致甲状腺疾病、肝肾损伤等健康风险，而传统水处理技术难以有效去除。纳滤(NF)技术凭借对小分子污染物的高效截留能力成为解决方案，但实际应用中次氯酸盐消毒导致的膜材料性能衰减问题长期困扰业界。尤其聚酰胺纳滤膜在氯氧化作用下的结构演变如何影响ECs截留性能，始终缺乏系统研究。清华大学研究团队在《Water Research》发表的这项研究，为破解这一难题提供了关键科学依据。

研究采用膜表面表征（XPS、Zeta电位、接触角测定）、渗透性能测试和溶质截留实验等方法，对比分析了全芳香聚酰胺膜NF90与半芳香聚酰胺膜NF270在不同氯氧化强度(CT值100-100000 ppm×h)下的性能变化。通过测定膜表面元素组成、亲水性、电荷特性和孔径分布等参数，结合PFASs（包括PFOA、PFOS等）和抗生素（如磺胺甲恶唑）的截留数据，建立了氯氧化-膜结构-性能的定量关系。

Impacts of Chlorination on Membrane Properties
研究发现，NF90膜经1000 ppm×h氯氧化后，表面O/N比从1.2升至1.8，氯含量显著增加，证实了酰胺键的氯氧化水解反应。这种化学修饰使膜表面负电荷增强，孔径分布窄化，接触角降低12°，显著改变了膜分离特性。相比之下，NF270膜因含有耐氯的叔酰胺结构，在高达100000 ppm×h的CT值下仍保持稳定的元素组成和表面特性。

Results and Discussion
关键发现显示：适度氯氧化(CT=1000 ppm×h)使NF90膜对带负电PFASs的截留率提升15-20%，归因于增强的静电排斥和尺寸筛分效应。此时水通量虽下降18%，但水/PFASs选择性提高2.3倍。抗生素截留性能保持稳定，表明氯氧化对中性分子的筛分机制影响较小。但当CT值超过10000 ppm×h时，NF90膜出现明显结构损伤，导致PFASs和抗生素截留率骤降。NF270膜在所有测试条件下均展现稳定的ECs截留性能，验证了其优异的耐氯性。

Conclusion
该研究首次阐明了氯氧化强度与聚酰胺纳滤膜ECs截留性能的定量关系：适度氯氧化可通过调控膜孔径和表面电荷提升选择性，而过度氯氧化会导致性能劣化。这一发现颠覆了"氯氧化必然损害膜性能"的传统认知，为含氯环境下的膜工艺优化提供了新思路。特别是揭示了全芳香与半芳香聚酰胺结构的本质差异：前者通过可控氯氧化可实现性能优化，后者则凭借固有耐氯性适合高强度消毒场景。这些结论对保障饮用水安全、指导膜材料开发具有重要实践价值。

研究还创新性地提出了"氯氧化强度窗口"概念，指出NF90膜在100-1000 ppm×h的CT值范围内可实现性能优化，为工程应用提供了精确调控参数。该成果不仅填补了膜分离领域的基础理论空白，也为应对全球性ECs污染挑战提供了切实可行的技术路径。