廣東采用膜內納米顆粒組裝技術設計新型分離膜

近日，廣東省科學院生態環境與土壤研究所研究員賀斌團隊成功采用膜內納米顆粒組裝技術設計新型分離膜。相關研究發表于《膜科學雜志》（Journal of Membrane Science）。廣東省科學院生態環境與土壤研究所博士后馬宇及碩士高芳為該論文共同第一作者，賀斌及馬宇為通訊作者。

作為采用壓力驅動的分離體系，膜分離技術已廣泛應用于污水處理、海水淡化、醫藥、食品等領域。為得到高性能分離膜，較為簡單的方法是利用改性技術調控膜物理化學結構。改性方法中又以表面涂覆法最為簡單高效，僅需負載特定功能涂層于膜表面或膜內即可實現。但涂層與膜材料之間往往存在相容性問題，大部分涂層與膜材料通過非共價鍵相互作用結合，在膜分離過程中高壓、高剪切力的條件下無法穩定存在。

針對這一問題，研究人員通過合成聚多巴胺（PDA）/聚乙烯亞胺（PEI）納米顆粒，采用真空輔助自組裝平臺技術負載納米顆粒于膜內死角區域，實現了新型高穩定、高通量分離膜構筑。研究發現，納米顆粒尺寸小于膜孔徑且高分子分離膜內孔道曲折。負載過程中，納米顆粒無法停留于貫通孔道中，反而選擇性堆積在孔道死角，形成不易被流體沖走的新孔道壁面。

此外，不同于傳統涂覆過程中PDA與膜材料之間形成的可逆性非共價鍵，納米顆粒內PDA與PEI通過邁克爾加成或席夫堿反應形成不可逆共價鍵，使納米顆粒表面高分子非常穩定，不易因外力流失。因此，膜內納米顆粒及納米顆粒表面高分子不易被流體沖蝕使得分離膜在長周期運行過程中表現出極高的穩定性。

最后，納米顆粒內存在大量親水基團，負載后膜親水性顯著增強，且納米顆粒無法堵塞膜內流體傳遞和貫通孔道，使得膜通量進一步提高，也具備更好的抗污染性能。

該研究工作獲得國家自然科學基金項目、中國博士后科學基金項目等資助。