水凝胶调控界面聚合制备抗生素/盐分离薄膜复合膜：哌嗪扩散与分布限制的创新策略

为解决传统纳滤(NF)膜在抗生素分离中渗透性与选择性难以兼顾的难题，哈尔滨工业大学团队创新性地采用水凝胶辅助无液相界面聚合(AFIP)技术，通过钙藻酸盐(CA)水凝胶层精准调控哌嗪(PIP)单体扩散行为，成功制备出具有超薄聚酰胺(PA)层（18.5 LMH/bar渗透性）和高红霉素/NaCl选择性（44.3）的薄膜复合(TFC)膜，为抗生素纯化提供了分子级调控新思路。

　　

抗生素在现代医疗中不可或缺，但生产过程中产生的高盐废水处理一直是行业痛点。传统纳滤膜如NF90虽能截留95%以上的磺胺甲恶唑(SMZ)，却会同时滞留80%的NaCl，这种"一刀切"的分离方式严重制约了抗生素回收效率。更棘手的是，常规界面聚合(IP)过程中哌嗪(PIP)单体的不可控扩散导致聚酰胺(PA)层过厚且电负性过高，成为制约膜性能提升的瓶颈。

哈尔滨工业大学的研究团队在《Journal of Membrane Science》发表的研究中，开创性地用钙藻酸盐(CA)水凝胶替代传统水相，构建了无液相界面聚合(AFIP)新体系。通过分子动力学模拟揭示扩散机制，结合SEM、AFM等表征手段，系统研究了水凝胶对PIP扩散行为的调控作用。关键技术创新在于：1) 利用CA水凝胶三维网络结构限制PIP扩散速率；2) 通过氢键作用实现单体界面富集；3) 消除传统多孔超滤(UF)支撑层对扩散路径的干扰。

表面结构及理化性质分析
SEM显示水凝胶调控的S-TFC膜结节结构密度显著降低，AFM证实其表面粗糙度(Ra)从65.3nm降至28.4nm。XPS证实PA层厚度减少36%，膜电负性降低使NaCl渗透率提升2.3倍。

分子动力学模拟
模拟显示CA水凝胶使PIP扩散系数降低至传统水相的1/7，有效限制其分布范围在5?界面区域内，这种"分子闸门"效应促使98.2%的TMC参与反应，显著抑制未反应酰氯基团水解。

分离性能测试
最佳性能膜对红霉素截留率达95.6%，NaCl透过率提升至21.5%，选择性达44.3。水凝胶层产生的"沟槽效应"使水通量提升47%，突破传统Trade-off效应限制。

该研究实现了三大突破：1) 首次将医用级CA水凝胶应用于IP过程调控；2) 建立单体扩散-膜结构-分离性能的定量关系；3) 开发出兼具高渗透性(18.5 LMH/bar)和高选择性的NF膜。这种绿色经济的制备策略，为抗生素生产废水处理提供了新方案，其分子级调控思路更可拓展至其他分离膜设计领域。值得注意的是，研究获得国家自然科学基金(52170029)等多项资助，技术路线已申请2024年国家重点研发计划(2024YFB3815400)支持，展现出广阔的产业化前景。