调控共溶剂中N,N-二甲基乙酰胺与N-甲基吡咯烷酮比例优化醋酸纤维素超滤膜形态结构以提升分离与抗污染性能

本文通过调控共溶剂DMAC/NMP比例优化醋酸纤维素(CA)超滤膜的相转化过程，成功制备出具有指状孔结构和低表面粗糙度的M4膜，其纯水通量达335.8 L·m-2·h-1（较单溶剂膜提升1.7倍），BSA截留率96.4%，在长期运行中展现出优异的分离稳定性与抗污染性，为绿色膜材料在水处理中的应用提供了新策略。

　　

Highlight

通过精确调控DMAC/NMP共溶剂比例，成功实现醋酸纤维素超滤膜形态结构的定向调控，获得兼具高渗透性和优异截留性能的分离膜材料。

Materials

实验采用乙酰含量39.8%的CA粉末（Mn=30,000）作为成膜基质，选用高纯度DMAC（≥99%）与NMP（≥99.5%）构建混合溶剂体系，以牛血清白蛋白(BSA)和腐殖酸(HA)作为污染物模型。

Preparation of cellulose acetate ultrafiltration membranes

如图1所示，将5g CA粉末与不同比例的DMAC/NMP混合溶剂（总溶剂50g）在60℃搅拌6小时形成均相铸膜液，通过相转化法制备具有梯度孔结构的超滤膜。其中M4样品（DMAC:NMP=4:1）展现出最优异的性能组合。

Calculation and analysis of Hansen solubility parameter (HSP)

汉森溶解度参数计算表明，当RED值＜1时溶剂对CA具有最佳溶解性。DMAC（δD=16.8）与NMP（δD=18.0）的协同作用可有效破坏CA晶体结构，M4体系的η值表明其形成了最均匀的聚合物溶液。

Conclusions

本研究创新性地通过溶剂工程策略，在DMAC:NMP=4:1时制备的M4膜呈现理想的非对称结构：上层为致密海绵层，下层为指状大孔通道。该结构使膜兼具335.8 L·m^-2·h^-1的高通量和96.4%的BSA截留率，且经30天连续运行后通量保持率达92.1%，为绿色膜材料的实际应用提供了重要参考。