近日，南京理工大学环境与生物工程学院
张轩教授团队在反渗透膜研究方向取得重要进展，研究内容以“More resilient
polyester membranes for high-performance reverse osmosis desalination”为题发表于最新一期Science《科学》。
南京理工大学姚宇健博士为论文第一作者，南京理工大学张轩教授、东北师范大学王宪泽副教授、美国耶鲁大学化学与环境系Menachem Elimelech教授为论文共同通讯作者，南京理工大学为第一通讯单位。
南京理工大学孙飞、张雯、李猛、沙刚、滕龙等人为论文共同作者。
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作者简介
第一作者：
姚宇健，南京理工大学环境与生物工程学院博士生，博士后创新计划获得者。
以第一作者作者身份在Science, Nat. Sustain., Environ. Sci. Technol.等期刊发表SCI收录论文5篇。主持国家及省部级自然科学基金等科研项目2项。
通讯作者：
张轩，南京理工大学环境与生物工程学院教授、博士生导师，研究方向为水处理分离膜的材料革新与过程理论。
先后主持包括国家及省部级自然科学基金等科研项目10项，企业合作研发课题3项，入选Journal of Membrane Science期刊编委。以第一作者/通讯作者身份在Science, Nat. Sustain., J. Membr. Sci., Environ. Sci. Technol.等期刊发表SCI收录论文58篇，编写英文专著2部，授权中国发明专利8项。
海水淡化
作为唯一能从源头上实现
淡水资源开源性增量的技术
是解决全球水源短缺问题的首要选择
也是重塑我国“水安全”规划的
重要组成部分
近年来，《中国制造2025》《海水淡化利用发展行动计划（2021-2025年）》等政策文件的出台也已明确将海水淡化产业纳入国家重大战略规划。
目前，主流商业海水淡化膜的类型是复合聚酰胺薄膜（TFC-PA）,其中美国杜邦公司、海德能公司、日本东丽等公司的产品占据全球市场绝大多数份额。尽管TFC-PA膜具有出色的“溶质-水”分离性能，但其在实际淡化工艺过程中仍面临诸多挑战。
学界普遍认为目前制约反渗透领域发展的因素有四点：
· 渗透性与选择性之间的权衡；
· 对中性小分子的去除率不足；
· 易受有机/无机物污染；
· 对活性氯等氧化剂的耐受性低等。
针对上述膜材料在
应用场景中的真实工程问题
南理工张轩教授研究团队
于2014年开始布局
反渗透膜领域的材料革新
并开展了大量应用基础研究
科研团队以提高膜材料化学耐受性为出发点，解析了传统反渗透膜结构在活性氯攻击下的降解路径，发现了聚酰胺型膜材料化学结构的“自证陷阱”，进而提出了一类聚酯型反渗透膜材料，从实验与模拟两方面共同论证了新结构的“本体耐氯”特性。
基于上述研究基础
团队将目光锁定于
聚酯分离膜材料体系
持续开展了结构创制与技术革新
团队设计并合成了一类间苯二酚衍生物—3,5-二羟基-4-甲基苯甲酸（DHMBA），借助“共溶剂辅助”界面聚合的制膜方法，提高了反应物从水相迁移至有机相的扩散速率，构建了无缺陷、且具有优异“水/盐选择性”的三维网络聚合物薄膜结构，验证了材料优异的反渗透基础分离性能（与Dupont公司SW30系列海淡膜相当）。
进一步的模型实验研究结果表明，DHMBA型聚酯反渗透膜材料在脱硼率、耐氯性、抗有机污染、抗无机结垢等海水淡化关键评价指标方面均表现出色，综合性能在多维度超越行业标杆。
独特的分子结构
与巧妙的制备工艺
共同造就了
DHMBA型聚酯反渗透膜的
优异性能
其中，羧基与酚羟基赋予了反应物的自聚合特点，1,3,5-三取代的结构抑制了苯环的直接氯化反应路径，而甲基的引入则提供了空间位阻，增大了模型化合物的扭转势能（DFT论证），从而延缓了酯基在碱性条件下的水解。
进一步的表征分析表明新膜材料活性层的厚度远低于商业膜，且表面粗糙度仅为2.36±0.32 nm。聚合物的高交联度及封端技术减少了膜表面的官能团数量，阻碍了硼酸分子在膜内的扩散、降低了污染物在膜面的附着概率，强化了材料的抗污染特性。
由于DHMBA型聚酯反渗透膜
沿用了现有商用膜的生产工艺
提升了其规模化生产的可行性
这对反渗透行业的发展
具有里程碑意义
论文在投稿中收到了
来自编辑和审稿人的
共同认可
审稿人认为：
“这是一份高质量的工作，描述了令人印象深刻的膜设计与制备方法。尤其是与行业标准SW30膜相比，新膜材料的具有的氯稳定性、对无机晶体沉积的抵抗力和抑制作用。”
“聚酯膜可能能与最先进的聚酰胺反渗透膜竞争主流市场，这代表了自80年代Film Tec发明以来反渗透膜研究的里程碑前进。”
上述研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金的资助。
此外，研究工作还得到了中科院化学研究所张平霞研究员、东北师范大学霍明昕教授、南开大学曹天池副教授、韩国高级科学技术研究所Chan hee Boo教授的指导和帮助。
南京理工大学分析测试中心提供了部分测试及技术支持。相关技术已申请中国发明专利2项，并获授权。
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来源丨南京理工大学环境与生物工程
