有机溶剂纳滤膜中粘性流动的机理分析：突破经验关联的局限

这篇综述系统解析了有机溶剂纳滤（OSN）膜中溶剂渗透性的三大机制：粘性流动（Darcy定律）、溶剂尺寸-膜孔匹配效应及溶胀作用。作者通过分析100余项研究，证实粘性孔流是主导机制，并提出基于粘性流动的统一性能评价框架，为设计低摩擦、可控溶胀的下一代OSN膜提供了理论基石。

　　

Highlight

我们的分析表明，OSN膜中的溶剂传输本质上由压力驱动的粘性流动（viscous flow）主导。SD模型（Solution-Diffusion model）假设分子沿浓度梯度扩散，这与大量实验证据相矛盾——OSN溶剂传输实际遵循粘性流动行为。事实上，溶剂分子在膜孔内以簇状或凝聚态存在，并在压力梯度下迁移。即使在亚纳米孔或溶胀膜场景中，溶剂传输仍可通过修正的粘性流动框架（如考虑孔限域效应或摩擦系数变化）准确描述。

溶剂渗透性与溶质截留

OSN膜在多样化溶剂环境中的性能难以直接比较。基于前文分析，我们提出以膜孔结构为传输决定因素，溶剂粘度（η）为摩擦量化基准，将本征渗透性（permeability）定义为溶剂粘度与实测渗透率的乘积（η·P）。这种标准化方法揭示了不同膜材料的性能上限：高选择性膜（如分子量截留值MWCO <200 Da）的本征渗透性比低选择性膜低1-2个数量级，这与孔尺寸对粘性流动的指数级限制效应一致。

当前OSN膜渗透性关联方法的局限性

文献中常见的现象学关联方法（如Buekenhoudt等人结合溶剂粘度η、Hansen溶解度参数δ_H、溶剂动力学直径d_k和膜孔径d_p的模型）虽能拟合数据，但缺乏物理基础。例如，将溶解度参数差异（Δδ）作为"亲和力项"引入渗透性公式的做法存在概念错误——Δδ实际反映溶胀程度而非传输能垒。这些经验方法无法区分膜孔结构参数与溶剂性质的独立贡献，导致模型外推性差。

Conclusion

本研究表明，OSN膜性能优化的核心在于精准调控亚纳米孔结构（sub-nanometer pores）以平衡渗透性与选择性。未来膜设计应聚焦三点：①限制溶胀的刚性骨架材料，②均一且尺寸可控的孔道工程，③最小化溶剂-膜界面摩擦。通过粘性流动机制的定量解析，我们建立了跨膜-跨溶剂的统一性能评价体系，为开发高效节能的有机分子分离技术奠定基础。