清华大学环境学院2021年12月24日电（通讯员 王昆朋）清华大学环境学院黄霞教授团队在多年来的研究基础上，系统分析了纳滤膜的制备-特征-性能关系，首次全面定义了纳滤膜的分离选择性，建立了不同选择性场景下纳滤膜渗透性与选择性之间的权衡（tradeoff）关系并总结了突破当前tradeoff效应的膜制备策略及机理，提出了为水处理不同应用场景量身定制纳滤膜的概念并讨论了面向水处理需求的未来纳滤膜的研究重点和发展方向。
纳滤膜具备亚纳米级可调的孔径分布和丰富的表面官能团，可以从水中选择性去除或保留目标溶质，近年来在饮用水安全保障、污/废水回用和有价资源高效回收领域引起了广泛关注。然而在许多应用场景中，目前商品化纳滤膜的选择性很难达到分离需求，且存在水通量较低的情况，这些不足限制了纳滤膜在水处理领域的更广泛应用。材料科学的发展和膜制备工艺的优化为提升纳滤膜分离性能提供了有效的pg麻将胡了模拟器链接的解决方案，系统总结纳滤膜的制备-特征-性能关系有助于架起纳滤膜制备和水处理应用的桥梁，实现纳滤膜的定向调控以满足不同的水处理需求。
从材料设计和制备工艺优化出发，调控纳滤膜的性质，实现纳滤膜的定制，满足不同水处理需求。
实现纳滤膜的定制化最根本的是在制备过程中可控设计纳滤膜的结构和表面化学特征。文章首先从膜材料和制备工艺等方面综述了近年来在纳滤膜结构可控设计领域取得的进展，一方面通过优化基膜结构，调控反应过程和对初生膜后处理等措施提高对传统界面聚合过程的控制，充分挖掘其潜能；另一方面利用新材料和新的可控反应过程实现纳滤膜结构的定向调控，如聚电解质层层组装纳滤膜、多酚共沉积纳滤膜、仿生水通道纳滤膜和层状材料纳滤膜等。通过对近400篇论文成果进行系统和深入分析，总结了不同材料和工艺制备的纳滤膜的分离性能与发展前景。
实现纳滤膜定制化的两条途径：a. 强化对传统界面聚合反应过程的调控；b. 采用新的可控反应和材料制备纳滤膜。
本研究基于溶剂/溶质传质理论和数学模型，系统讨论了纳滤膜的特征-性能关系，分析纳滤膜结构和表面化学参数对分离性能的影响，并指出通过减小分离层的厚度、增大水有效渗透面积、构造水快速渗透通道和提高分离层亲水性来改善纳滤膜的水渗透性能；通过调控膜孔大小及分布、膜表面电荷和亲疏水性来提升纳滤膜的选择性。在此基础上，总结了近年来研究人员在不同调控策略方面做出的努力，通过对数据的定量化统计分析揭示不同调控策略的内在机理并指出不同方法待深入研究的问题。
纳滤膜结构和物理化学特征与分离性能之间的关系
本研究对纳滤膜的选择性进行了系统分类，即水/离子选择性、水/有机物选择性、单价/多价离子选择性、离子/有机物选择性。根据不同应用场景的分离需求，系统地讨论了现有不同材料和制备工艺的纳滤膜在水处理中的应用现状和前景，包括市政水处理中消毒副产物前驱体和微量污染物去除、工业给水除硬和高盐废水零排放、盐湖锂镁分离等领域，旨在填补水处理行业对不同种类高性能纳滤膜的迫切需求和近年来学术界发表大量关于纳滤膜制备文献之间长期存在的鸿沟，根据不同水处理行业的需求，指明未来纳滤膜制备与调控的方向。
纳滤膜分离选择性的分类
该研究成果以“基于膜制备-特征-性能关系为水处理定制纳滤膜”（tailored design of nanofiltration membranes for water treatment based on synthesis-property-performance relationships）为题发表在《化学学会评论》（chemical society review）期刊上。环境学院博士生王昆朋为论文的第一作者，黄霞教授为论文的通讯作者，环境学院王小亻毛副研究员、博士生郦丹阳、硕士生傅若语，同济大学刘彦伶助理教授，耶鲁大学menachem elimelech （梅纳赫姆·埃利米勒）教授、博士生brielle januszewski（布丽尔·雅努谢夫斯基）对研究作出了重要贡献。本研究得到国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cs/d0cs01599g
