氨基酸调控界面聚合制备高性能聚酰胺纳滤膜：突破渗透性与选择性平衡瓶颈

【编辑推荐】本研究创新性地采用氨基酸（AAs）作为水相添加剂调控界面聚合（IP）过程，通过分子动力学（MD）模拟揭示其延缓哌嗪（PIP）扩散、减少界面聚集的机制，成功制备出超薄高负电荷聚酰胺（PA）选择层。最优化的L-谷氨酸调控膜水通量达17.0 L·m?2·h?1·bar?1（较对照提升209%），Na2SO4截留率99.0%，为海水淡化与废水处理提供绿色高效的膜制备新策略。

　　

【Highlight】

氨基酸调控的聚酰胺膜展现出卓越性能：L-谷氨酸优化膜水通量达17.0 L·m^?2·h^?1·bar^?1，Na₂SO₄截留率99.0%，显著超越对照组（5.5 L·m^?2·h^?1·bar^?1，98.2%）。这种简单高效的方法可拓展至反渗透（RO）、正渗透（FO）或疏松纳滤膜制备领域。

【材料与方法】

聚砜（PSF）超滤（UF）基膜（20 kDa截留分子量）购自北京膜天公司。三甲基酰氯（TMC）、哌嗪（PIP）等试剂来自Sigma-Aldrich和阿拉丁生化。L-赖氨酸（Lys）、L-谷氨酸（Glu）、L-半胱氨酸（Cys）用于水相调控。

【膜表征】

SEM/AFM显示：氨基酸调控的PA膜保持典型结节结构但粗糙度降低。XPS证实AA引入增加了羧基含量（O/N比提升），FTIR显示PA特征峰强度变化，表明交联度降低。接触角测试揭示亲水性增强（水接触角从68°降至42°）。

【分子机制】

MD模拟揭示：氨基酸通过氢键和空间位阻延缓PIP扩散（扩散系数降低37-52%），减少界面PIP聚集。DFT计算表明不同AA在油水界面分配特性差异：Glu最易滞留界面形成"分子缓冲层"，协同优化PA层孔径分布。

【性能测试】

AA调控膜呈现"三薄一松"特性：薄选择层（~85 nm vs 对照组~120 nm）、薄扩散层、薄界面屏障及疏松孔结构。截留序列保持Na₂SO₄（99.0%）>MgSO₄（96.2%）>NaCl（58.3%）>MgCl₂（51.7%），符合Donnan效应。

【Conclusion】

氨基酸调控策略成功突破PA膜渗透-选择权衡效应：通过抑制PIP扩散、减少反应单体量，构建出超薄高负电性选择层。该方法兼具绿色环保与工业兼容性优势，为下一代高性能分离膜设计提供新范式。