近日，天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院胡云霞教授團隊在Nature子刊《自然-水》(Nature Water)以“Methylation of reverse osmosis membrane for superior antifouling performance via blocking carboxyl groups in polyamide”為題，發(fā)表了團隊關(guān)于反滲透膜表面結(jié)構(gòu)調(diào)控的研究論文。秦一文、齊鵬飛博士為文章第一作者，胡云霞教授為文章通訊作者，天津工業(yè)大學(xué)為唯一通訊單位。
反滲透(RO)膜在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域所面臨的嚴(yán)重膜污染現(xiàn)象顯著縮短了膜的使用壽命，增加其維護成本。鑒于此，天津工業(yè)大學(xué)胡云霞教授團隊開發(fā)了一種創(chuàng)新策略，通過在界面聚合過程中將氣態(tài)二甲胺(DMA)分子接枝到RO膜的聚酰胺(PA)上來甲基化RO膜，減少RO膜表面羧基含量，顯著提升了RO膜的分離性能與耐污染性能。RO膜表面甲基化有效減弱了膜表面與有機荷電小分子污染物之間的相互作用，避免了污染物堵塞膜孔造成的大幅通量衰減。基于此，改性膜表現(xiàn)出全面且出色的綜合耐污性能，突破了其他文獻報道耐污改性RO膜和商業(yè)化耐污RO膜所表現(xiàn)出的耐污性能上限。
本研究結(jié)合實驗和模擬手段，發(fā)現(xiàn)污染物分子在甲基化改性PA表面吸附量更少，吸附位置更淺，且吸附形成的濾餅層更為疏松，這有效抑制了污染物堵塞膜孔而造成的膜通量劇烈衰減。分子動力學(xué)模擬表明甲基化改性顯著降低了PA膜表面與模型污染物分子之間的結(jié)合能，從而減弱了污染物向PA內(nèi)吸附及堵塞的趨勢。基于此，本研究指出通過減弱污染物與膜表面之間的相互作用，抑制有機小分子污染物滲透到PA結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成膜孔堵塞，對于提高RO膜的耐污染性能至關(guān)重要。此外，團隊從PA與污染物在分子水平上的相互作用機制出發(fā)，指出利用甲基化小分子材料構(gòu)建低結(jié)合能表面是提高膜耐污性能的重要策略，這為RO膜的污染機制研究及耐污RO膜的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了新的視角和理論指導(dǎo)。
