近日，AK在线手机版（大中国区）材料与化学化工学部靳健教授课题组在《自然-水》（Nature Water）上，发表了题为“Sustainable polyester thin films for membrane desalination developed through interfacial catalytic polymerization”的研究论文。
该论文针对传统的聚酰胺反渗透膜依赖于有毒胺单体（如间苯二胺）带来的健康风险问题，提出采用天然多酚化合物作为单体的新型聚酯反渗透膜。论文以AK在线手机版（大中国区）为第一及通讯署名单位发表。第一作者为AK在线手机版（大中国区）博士研究生刘莹，通讯作者为AK在线手机版（大中国区）靳健和朱玉长教授。
图： 以单宁酸为单体的聚酯反渗透膜的制备过程示意图及结构表征
此项研究首要创新点在于用单宁酸（TA，一种可从植物中广泛提取的酚类物质）取代传统有毒的间苯二胺（MPD）来制备反渗透膜材料。与MPD单体相比，单宁酸的反应活性较低，无法通过传统的界面聚合形成致密、无缺陷的脱盐层。为了克服传统反渗膜制备过程中由于MPD单体毒性所带来的一系列安全和环境风险，靳健教授团队创新性的提出了界面催化聚合，大幅提升天然多酚类化合物或多羟基化合物在界面聚合反应过程中的活性，成功制备出脱盐性能可以媲美商用苦咸水脱盐用反渗透膜材料。
研究团队在水相溶液中引入了十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）。CTAC分子中季铵盐基团通过其Lewis酸性质有效催化酚羟基与酰氯之间的反应。同时CTAC兼具表面活性，使得 TA 在界面局部富集。通过CTAC的表面活性和催化作用，最终形成平滑且高交联度的聚酯反渗透膜。通过分子动力学模拟（MD）以及中性分子截留测试，显示界面催化聚合（ICP）制备聚酯反渗透膜其平均孔径约0.4nm，远小于传统界面聚合制备的聚酯分离膜（平均孔径~1nm）。此外，通过ICP方法制备的聚酯反渗透膜表面光滑平整，具有十分优异的抗污染性能。在循环过滤过程中，经简单的纯水清洗即可实现膜表面的污染物的去除和膜面的再生，膜通量恢复率达到97%。与此相比，传统的聚酰胺反渗透通量恢复率不到40%。
该研究为反渗透膜材料的“绿色”制备革新技术提供了强力助推。在全球水需求持续增长的大背景下，引入无毒、生物可降解的新型膜材料，将能有效缓解传统膜材料在生产以及使用过程中的风险，或将推动学术和工业界设计更多性能优异、成本可控且环境友好的下一代分离膜，为水资源可持续利用提供新思路。
