正交离心膜过滤器：一种用于高通量筛选纳滤膜的微型化创新平台

本研究针对纳滤(NF)膜筛选过程中传统台式系统操作复杂、样本需求量大等问题，开发了正交离心膜过滤器(O-CMF)。该3D打印微型装置通过离心力驱动渗透，仅需<10 mL样本和<1 cm2膜面积即可实现与标准错流系统(SEPA CF Cell)相当的渗透通量、截留率及浓度极化行为验证，为膜材料开发和标准化测试提供了高效工具。

　　

膜分离技术作为水处理、生物制药等领域的核心工艺，其性能优化长期受限于传统测试方法的瓶颈——常规错流系统需要复杂组装、消耗大量样本，且难以实现多膜并行测试。更棘手的是，小于1 m²的测试面积能否代表工业级膜性能始终存疑。葡萄牙研究人员在《Separation and Purification Technology》发表的研究中，创新性地将离心力场与膜分离原理结合，开发出正交离心膜过滤器(O-CMF)这一革命性测试平台。

研究团队采用对比验证策略，通过3D打印技术构建微型过滤单元，利用高速离心产生跨膜压力，同步测试了MPF-34和NFS两种纳滤膜对NaCl、MgSO₄及糖类物质的截留性能。关键技术包括：建立膜片预筛选流程确保样本代表性，采用折射率监测控制清洗终点，通过转速调节实现5-20 bar压力范围模拟，并与标准SEPA CF Cell系统进行多参数比对。

材料与方法
选用MgSO₄·7H₂O等分析级试剂配制测试液，所有膜片经40 bar预压处理。O-CMF通过调节离心转速(2000-5000 rpm)对应工业级压力条件，同步监测渗透通量和截留率。

结果与讨论
在相同雷诺数范围内，O-CMF测得的水力渗透系数与错流系统偏差<15%，对二价盐的截留率重现性达90%以上。特别值得注意的是，该装置成功复现了错流系统的特征浓度极化曲线，证实其流体动力学相似性。膜片校准环节的引入，解决了传统测试中样本代表性质疑。

结论
这项研究证实O-CMF每日可完成数百次独立测试，其数据可靠性、操作便捷性和超低样本消耗量(<10 mL/次)使之成为加速膜材料开发的理想工具。该技术不仅适用于NF膜筛选，其设计原理对反渗透(RO)膜评估同样具有重要参考价值，为建立标准化测试协议和大数据驱动的新型膜材料开发范式奠定了基础。