反渗透系统中渗透液盐度的封闭式解析模型构建与纳滤膜性能调控机制研究

为解决水处理中纳滤(NF)膜材料性能优化难题，以色列理工学院团队创新性地采用两性离子聚合物(Nafion)与聚阳离子(PAH/PDADMAC)构建聚电解质复合物(PEC)膜。通过ATR-FTIR光谱技术首次揭示了聚电解质在离子聚合物中的扩散动力学与结构重组机制，开发出可调控电荷特性的复合纳滤膜，为废水处理膜材料设计提供了新思路。

　　

全球淡水资源短缺与水质污染问题日益严峻，传统纳滤膜对有机微污染物的选择性不足成为制约废水回用的关键瓶颈。聚电解质复合物(PEC)材料虽展现出优异性能，但现有层层自组装(LbL)技术存在工序繁琐、稳定性差等缺陷。以色列理工学院(Technion - Israel Institute of Technology, IIT)Wolfson化学工程系团队创新性地提出"离子聚合物-聚电解质"两步复合策略，通过精确解析聚电解质在Nafion膜中的扩散机制与结构演变规律，成功开发出性能可调的纳滤膜新材料。该研究成果发表于膜科学领域权威期刊《Journal of Membrane Science》。

研究团队采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)实时监测聚电解质扩散过程，结合小角X射线散射(SAXS)分析膜结构变化，通过能量色散X射线光谱(EDS)验证元素分布。系统考察了聚电解质浓度(5-80 g/L)、pH(6-8.5)等参数对复合过程的影响，并制备了300 nm厚的复合纳滤膜测试分离性能。

[聚电解质复合物形成机制]

研究发现PAH在Nafion中的扩散系数呈现浓度依赖性，50 g/L溶液中的表观扩散系数达1.7×10^-16 m²/s。高浓度PAH溶液导致初始快速过充电现象（PAH/Nafion比达3.6），随后因Nafion基质重构降至平衡值2.2。SAXS证实复合后离子通道从3-4 nm拓宽，相分离程度增强。

[pH调控机制]

出乎意料的是，pH 8.5时PAH摄取量反比pH 6降低30-125%，这与Na⁺竞争磺酸基团导致的"外源性电荷补偿"有关。EDS检测显示pH 6时N/F原子比更高，证实了质子化氨基与磺酸基的强相互作用。

[膜性能调控]

制备的复合膜纯水通量稳定在2-3 LMH/bar，对磺胺嘧啶(SDZ)的截留率显著高于二价盐。通过调节PAH/Nafion比例，实现了膜电荷特性从负电性到近中性的可控转变，pH 8.5制备的膜呈现更强正电特征。

该研究首次阐明了离子聚合物基PEC膜的动态形成机制，建立了"扩散-重组"双过程模型，为开发高性能水处理膜提供了理论依据。提出的两步制备法相比传统LbL技术更简便高效，扩散时间可缩短至分钟级。研究揭示的pH/浓度调控规律为膜电荷特性精确调控开辟了新途径，对实现废水深度净化与资源回用具有重要实践意义。