pH响应性CuO/SiO2双膜层矛盾污染与截留行为的机制解析：基于膜理论与DSPM模型的创新研究

这篇研究通过数学建模（DSPM模型和膜理论）揭示了pH响应性CuO/SiO2双膜层在药物（阿霉素）过滤中矛盾行为的机制：CuO提升通量18%，SiO2进一步增加127%并减少27%可逆污染，而双纳米粒子协同使通量提升82%且不可逆污染仅2.5%。pH从8调至2时通量激增471%，但实验未解的69%可逆污染升高和12%截留率下降，通过建模发现极化模量上升13%和膜有效电荷密度降低32%是关键。

　　

Highlight

本研究通过实验与建模结合，揭示了pH响应性双膜层（CuO表层/SiO₂底层）在阿霉素过滤中的矛盾现象：

Chemicals

实验采用聚丙烯腈（PAN）、二甲基甲酰胺（DMF）等材料，CuO和SiO₂纳米粒子分别赋予膜层抗菌性和pH响应性。

Results and discussion

• 纳米粒子特性：SiO₂和CuO的pH敏感性通过Zeta电位验证，CuO在酸性条件下带正电，SiO₂在碱性条件下负电荷增强。

• 膜性能：双纳米粒子协同（Siⁱ/Cu^j膜）使通量提升82%，但反常出现69%可逆污染升高，膜理论指出这是浓差极化模量上升13%所致；而CuO导致的12%截留率下降，DSPM模型归因于有效电荷密度降低32%。

• pH调控：pH=2时通量暴增471%，归功于CuO质子化收缩孔隙和静电排斥减弱，但极端pH可能加速膜老化。

Conclusion

• 双纳米粒子协同可突破传统“通量-截留”权衡，但需警惕极化效应；

• 数学建模揭示了实验无法解释的电荷密度和极化机制，为精准设计抗污染膜提供理论支持。