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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(hù)成本。鑒于此，天津工業(yè)大學(xué)胡云霞教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新策略，通過(guò)在界面聚合過(guò)程中將氣態(tài)二甲胺(DMA)分子接枝到RO膜的聚酰胺(PA)上來(lái)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(jī)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�；诖�，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(xiàn)報(bào)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(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shì)。基于此，本研究指出通過(guò)減弱污染物與膜表面之間的相互作用，抑制有機(jī)小分子污染物滲透到PA結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成膜孔堵塞，對(duì)于提高RO膜的耐污染性能至關(guān)重要。此外，團(tuán)隊(duì)從PA與污染物在分子水平上的相互作用機(jī)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(jī)制研究及耐污RO膜的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新的視角和理論指導(dǎo)。
