聚电解质分子量调控层层自组装纳滤膜孔径与电荷特性对PFAS去除的机制研究

本研究创新性地通过调控聚电解质(PVAm/PSS)分子量(Mw)来优化层层自组装(LBL)纳滤膜(NF)的孔径和表面电荷，实现了对全氟烷基物质(PFAS)的高效去除。低Mw PVAm因其小流体力学半径和快速扩散特性，形成带正电荷的致密分离层，通过吸附诱导电荷反转和孔径收缩机制，使PFAS去除率与分子量/极性/疏水性呈正相关。该研究为开发靶向去除有机污染物的绿色膜技术提供了理论依据。

　　

Highlight亮点

• PVAm/PSS纳滤膜对Na₂SO₄的截留率高达99.9%，且PSS终端膜表现出更强的负表面电荷

• 低分子量(Mw)PVAm因其"小快灵"特性（流体力学半径小、扩散速度快），在层层自组装(LBL)过程中占据主导，形成带正电荷的致密结构

• PFAS去除过程呈现"先降后升再稳定"的独特动力学曲线——这源于带正电的PVAm对PFAS的初始吸附引发电荷反转，随后孔径收缩协同增强截留效果

Performance of PVAm/PSS LBL NF membranes PVAm/PSS LBL纳滤膜性能

图1a显示四种不同Mw组合膜(L/L、L/S、S/L、S/S)的MgCl₂截留率均呈现奇偶效应。其中S/S组合膜（双低Mw）在5.5双层沉积后展现最高截留率，印证了"小分子造小孔"的规律。通过动态光散射(DLS)分析发现，低Mw PVAm就像灵活的"分子砌砖工"，能快速渗透到膜孔深处实现精准"孔径雕刻"。

Conclusions结论

1. PSS终端膜具有超强负电性和99.9%的Na₂SO₄截留能力；

2. 低Mw PVAm如同"分子级精密刀具"，通过调控LBL组装动力学创造出更小孔径和更高阳离子过补偿(overcompensation)结构；

3. PFAS去除率与其分子量/极化率/疏水性呈正相关，证实了"分子尺寸筛分"是核心机制。这项研究为设计"量体裁衣"式的PFAS靶向去除膜提供了新范式。