Science +1！哈工大团队提出“冰限域”界面聚合技术 助力缓解全球水资源短缺难题

近日，哈工大化工与化学学院教授、城市水资源与水环境国家重点实验室成员邵路团队受冰/水相变过程启发，采用“冰限域”界面聚合（IC-IP）技术成功制备出高度离子化聚酰胺纳滤膜。相关研究以《冰限域合成高度离子化三维准层状聚酰胺纳滤膜》（Ice-confined synthesis of highly ionized 3D-quasilayered polyamide nanofiltration membranes）为题发表在《科学》（Science）上。

新一代纳滤膜突破了传统聚酰胺纳滤膜“渗透性-选择性”相互制约的难题，在含盐废水回收、水软化和净化过程方面具有独特优势，展现出巨大应用前景，可助力缓解全球水资源短缺难题。

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膜分离技术具有高效、低碳、节能环保等显著特点，已成为缓解全球水资源短缺的重要技术，特别是作为先进分离膜代表的具有（亚）纳米孔径的纳滤膜，近年来受到学术界和产业界密切关注。

传统的聚酰胺（PA）纳滤膜选择层在多孔载体上通过界面聚合（IP）形成。由于在界面聚合形成PA过程中，有机胺和酰氯的聚合反应速率比胺在有机相溶液中的扩散速率快，这种不受控制的扩散和快速聚合形成了具有多尺度、孔径不均一的PA选择层，因此，通过传统扩散主导的界面聚合难以实现理想的纳滤膜结构。

如何通过工业界常规的传统界面聚合制备出具有特殊结构特点的高性能纳滤膜？

长期在冰雪环境工作生活的团队将目光转移到冰化学方向。经过6年的不懈研究，团队发现冰/水相变过程可有效控制单体在受限界面“冰”相中的扩散，从而调控界面处单体反应，单体可通过先前形成的大孔层状结构的间隙/孔道进一步反应，形成具有独特物化结构特点的选择层。通过实验和理论研究，团队证实了“冰限域”在纳滤膜界面聚合过程中，对聚酰胺功能层结构形成的特殊作用，并通过实验测定了合成纳滤膜的三维准层状褶皱结构及其离子化程度。

与在常规水/正己烷界面形成的具有致密非均相结构的传统商用聚酰胺纳滤膜相比，“冰限域”界面聚合合成的纳滤膜具有独特的高度离子化三维准层状褶皱结构，该独特结构赋予新型纳滤膜优异的盐分离效果和一/二价阴离子筛分性能，可高效过滤纳米/亚纳米级小分子和离子物质。

“冰限域”界面聚合合成纳滤膜过程及膜结构

新型纳滤膜离子分离性能

哈工大为论文唯一通讯单位。邵路教授为论文唯一通讯作者。哈工大化工与化学学院张艳秋副教授为论文第一作者。邵路教授团队硕士研究生王浩、博士研究生郭靖，哈工大威海校区程喜全教授，南开大学韩刚教授，爱丁堡大学刘哲宏副教授，科廷大学刘少敏教授和哈工大马军院士参与相关工作。

该研究工作获国家自然科学基金、黑龙江省头雁团队原创探索基金、中国博士后科学基金、城市水资源与水环境国家重点实验室开放课题等资助。

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文字&图片 | 梁英爽 张艳秋

排版 | 姜文卓

责任编辑｜张又元

审核 | 宋玲 李守斌