电纺明胶支架构建聚醚砜复合纳滤膜及其性能强化机制研究

针对传统纳滤膜(NFM)渗透性与截留率难以协同提升的难题，中国科学院团队创新性地采用电纺明胶(GT)支架修饰聚醚砜(PES)基底，通过界面聚合(IP)技术构建具有三维多孔结构的薄层复合(TFC)膜。该膜水通量达34.5 L·m-2 ·h-1 ·bar-1 ，Na2 SO4 截留率98.9%，兼具优异长期稳定性，为海水淡化与废水处理提供了高性能膜材料解决方案。

　　

随着环境污染加剧，全球对高品质水资源需求激增，传统水处理技术已无法满足现代社会发展需求。膜分离技术因其高效环保特性成为研究热点，其中纳滤(NF)技术凭借对二价离子和小分子有机物的选择性分离优势，在海水淡化、废水回用等领域展现出巨大潜力。然而，当前主流薄层复合(TFC)纳滤膜面临渗透性与截留率的"trade-off效应"——提升通量往往导致截留性能下降，这一矛盾严重制约了膜技术的实际应用。

为突破这一瓶颈，温州大学研究团队在《Materials Today Communications》发表创新成果，提出通过电纺明胶(Gelatin, GT)支架调控聚醚砜(Polyethersulfone, PES)基底表面特性，成功制备出高通量、高选择性的TFC-NFM。该膜在保持Na₂
SO₄
截留率98.9%的同时，水通量达到34.5 L·m^-2
·h^-1
·bar^-1
，且具备优异的长期运行稳定性，为工业级膜材料设计提供了新思路。

关键技术方法包括：1) 采用静电纺丝技术构建平均直径290 nm的GT纳米纤维三维支架；2) 通过界面聚合在GT修饰的PES基底上形成聚酰胺(Polyamide, PA)活性层；3) 系统考察电纺时间对膜结构性能的影响；4) 采用死端过滤系统评估膜分离性能。

【GE/PES interlayer of electrospinning】
研究首先通过电纺技术将GT纳米纤维（平均直径290 nm）沉积于PES基底，形成三维互穿网络结构。扫描电镜显示该支架能有效均化基底表面孔隙分布，经水合作用后转变为超薄水凝胶层，为后续界面聚合提供理想平台。

【Membrane characterization】
XPS与FTIR分析证实GT通过氢键与PES基底紧密结合。原子力显微镜显示GT层使基底表面粗糙度降低57%，接触角测试表明亲水性提升42%，这为形成均匀PA层奠定基础。

【Nanofiltration performance】
优化后的TFC膜对Na₂
SO₄
、MgSO₄
、NaCl和MgCl₂
的截留率分别为98.9%、97.2%、45.3%和72.8%，表现出典型负电荷纳滤膜特征。连续运行120小时后通量衰减率仅8.7%，显著优于无GT过渡层的对照组。

【Conclusions】
该研究证实电纺GT支架能精准调控哌嗪单体扩散速率，促进形成结构均一的PA分离层。GT分子中极性基团不仅增强膜亲水性，其三维网络结构还提供了额外的水分子传输通道。这种"结构-性能"协同调控策略为开发下一代高性能纳滤膜提供了普适性方法，在海水淡化、工业废水处理等领域具有重要应用价值。