15-冠-5功能化层状双氢氧化物增强反渗透膜脱盐与硼去除性能研究

本研究发现将15-冠-5（CE15）与层状双氢氧化物（LDH）协同整合至薄膜纳米复合（TFN）反渗透（RO）膜中，可显著提升膜亲水性并构建高效水传输通道。该膜在20 bar条件下对苦咸水表现出5.36 LMH bar?1的水通量（较传统TFC膜提高190%）和99.1%的NaCl截留率，同时硼去除率达84.5%。研究通过表征与理论计算揭示了CE15可降低聚酰胺（PA）交联密度、增加醚/羧基含量，而Li+/Na+的引入进一步提升了膜稳定性与分离性能。

　　

Characterizations of CLDH particles

通过图2的透射电镜图像与元素分布图谱可明显观察到LDH经CE15修饰后的变化。未修饰的Mg-Al LDH（图2a）呈现典型的纳米颗粒团聚形态，检测到较弱的碳信号（原子百分比C%为7.43），主要源于层间CO₃^2?阴离子。相比之下，CE15修饰的LDH（CL.2，图2b）在元素分布中显示出显著增强的碳信号，C%提高至16.28，且CE15均匀分布于LDH表面与层间，表明CE15成功嫁接至LDH结构。

Conclusion

本研究通过将CLDH纳米填料引入聚酰胺选择层，成功开发出一种新型TFN反渗透膜。CE15与LDH的协同作用显著增强了膜亲水性，构建了高效水传输通道，从而提高了膜的水通量、NaCl截留率与硼去除性能。表征与分子模拟结果表明，CE15的引入不仅增加了醚键与羧基含量，还降低了PA交联密度，形成更薄且更易渗透的选择层。此外，Li⁺与Na⁺的引入进一步提升了膜分离性能与长期运行稳定性，其中CL.2Na膜表现出6.08 LMH bar^?1的水通量、99.3%的NaCl截留率与85.7%的硼去除率，且在72小时连续测试后仍保持5.84 LMH bar^?1的高水通量。本研究证明了冠醚-LDH协同体系（尤其是与碱金属离子结合）在下一代反渗透膜分子设计中的巨大潜力，可同时实现高效脱盐与硼去除。