1、“被动”防污机制
被动防污通过优化膜表面的理化性质和结构来削弱污染物与膜的相互作用，具体做法是构建亲水性、不带电性、含氢键受体的防污表面来防止污染物靠近膜表面，或构建非极性低表面能、低杨氏模量的防污表面来削弱界面作用，在低水动力剪切力下更容易将已附着的污染物从沉积表面去除。
图1 传统和氟化RO膜的制备原理图
Li等人通过氟共混界面聚合和表面改性两种方法制备不同单体氟化RO膜用于除去海水中的氯化钠和硼酸（图1）。与传统界面聚合制备的RO膜相比，适度引入含氟单体可以提高硼酸的去除率，这可能是因为氟化PA层的交联度增强使得截留分子量降低，从而增强了硼渗透的空间位阻（图2）。同时，降低膜表面能和极性可以削弱膜表面与硼酸之间亲和力，使得硼酸渗透率降低，水/硼选择性增加。此外，电子充足的氟原子可以通过氢键和静电相互作用力与缺电子硼原子特异性相互作用，抑制硼酸的迁移和扩散。因此，通过表面氟化工程调控PA层表面理化性质可以提高RO膜海水淡化和除硼性能。（Journal of Membrane Science 662 (2022) 121009，10.1016/j.memsci.2022.121009）
图2 氟化RO膜性能增强机制的示意图
Hao等人用L-O-磷酸丝氨酸（L-SOP）、3-氨基-1-丙磺酸（APSA）和阿仑磷酸钠三水合物（AS）等小分子对新生的PA-RO膜进行了后改性，使膜具有更光滑的表面、更好的亲水性和更多的带负电荷的表面。结果显示，PA-L-SOP、PA-AS和PA-APSA三种改性膜在二氧化硅结垢和两种污染物的污染实验期间的通量下降率均低于PA膜（图3a和b）。同时，经过机械清洗后，改性膜表现出更高的通量回收率（图3c和d）。（Desalination 509 (2021) 115076，10.1016/j.desal.2021.115076）
图3 二氧化硅结垢和有机污垢联合实验期间通量下降曲线(a-b)及物理清洗后的归一化通量(c-d)
2、“主动”防污机制
考虑到被性防污机制不能抑制细菌的增殖，解决增殖性污垢能力仍然有限。因此，主动抗污机制已被开发和接受，即在膜表面引入抑菌材料，以杀灭微生物或抑制其增殖，从而控制膜污染的发生。
Suresh等人在PA-RO膜上接枝单宁酸（TA）并原位还原银纳米颗粒（Ag NPs），以提高膜的抗生物污染能力和长期稳定性。结果显示，TA因其具有丰富的酚羟基在对膜改性后可提高膜的亲水性，使得膜通量上升。同时，TA改性使得膜孔缩小，对盐截留率上升。随着Ag NPs的引入，改性膜的通量进一步增加，这是由于AgNPs可能与PA氮基相互作用，导致PA膜中的交联程度降低，使得水通量增加，盐截留率下降。随着Ag还原时间增加，膜阻力提高，使得膜通量适度降低，盐截留率提升（图4）。（Desalination 569 (2024) 117040，10.1016/j.desal.2023.117040）
图4 膜的纯水通量和脱盐率
图5 PES/PA-TA-Ag修饰膜建立的抗菌机制对抗带负电荷的细菌
PES/PA-TA-Ag膜良好的抗菌能力与其亲水性和频繁释放Ag离子有关。亲水性膜表面会阻止疏水性细菌与膜表面接触。同时，AgNPs频繁释放会产生活性氧（ROS）导致蛋白质和呼吸酶的失活（图5）。这些机制会干扰细菌细胞的发育和代谢，导致细胞凋亡，从而具有抗生物污染活性。
总结：
一般来说，基于反渗透膜“被动”抗污机制，优化反渗透膜表面理化性质，可以抵抗大多数污染物的吸附（不迁移、扩散和增殖）。但由于反渗透膜系统中存在不能通过“被动”抗污机制抑制的微生物，其在膜表面的生长繁殖，导致无法彻底解决膜污染的问题。因此，将两种抗污机制结合，采用亲水改性使膜表面形成物理屏障降低污染物的粘附，再引入抗菌性物质赋予膜表面杀菌功能，开发新型抗污反渗透膜，对提高反渗透膜的应用稳定性、减少清洗频次和延长使用寿命具有重要意义。
审核/排版：张昊 戚富举
