高分子科学前沿12月1日讯：水安全是当今社会的重大挑战之一，为此需要开发高效节能的水净化技术。纳滤（NF）是一种新型压力驱动膜技术，以较低能耗高效去除多价离子和小分子有机物，广泛应用于饮用水生产、市政用水和工业废水处理。聚酰胺纳滤膜自20世纪70年代末以来一直是市场的主导产品，其薄膜复合结构由多孔支撑体和二维（2D）聚酰胺层组成，具有优异的渗透选择性。然而，尽管通过单体设计、纳米复合材料和制造工艺的改进取得了一定进展，聚酰胺膜的水渗透性仍然相对较低，限制了其更广泛的工业应用。近年来，纳米级图灵结构和皱纹表面等新设计虽扩大了过滤面积，但本质上仍是二维膜的演变。未来，需要开发颠覆性的新结构，以进一步提高分离性能，同时深入理解加工与结构之间的关系，为水净化领域提供创新解决方案。

在这里，天津工业大学武春瑞研究员报告了在室温下利用两种小分子在油水界面快速自组装，制备出一种大面积的混合维聚酰胺膜。该膜具有独特的分层结构，由二维纳米膜表面生长的一维纳米管组成。这种创新结构显著增加了单位投影面积的有效水传输面积，使膜的水盐分离性能远超目前最先进的膜材料。通过对照实验结合分子动力学模拟，作者发现两种单体分子在反应初期自发组织形成二维纳米孔网络，而纳米管的向上生长由纳米孔内的毛细作用驱动（图1）。本研究为理解界面物理和化学相互作用如何在环境条件下将分子自组装成大规模复杂分层纳米结构提供了宝贵的见解，并为开发可扩展的混合维度水净化膜开辟了新路径。相关成果以Interfacial self-organization of large-area mixed-dimensional polyamide membranes for rapid aqueous nanofiltration为题发表在《Nature Water》上，第一作者为Si-Hua Liu。

图1：具有 NoN 结构的混合维聚酰胺膜的示意图，与平面二维聚酰胺膜并列进行比较。

小结：本文成功地采用界面缩聚方法，一步实现了混合维聚酰胺膜的大规模制造。独特的 NoN 架构为节能 NF 膜铺平了道路，展现出卓越的性能水渗透性和水盐选择性。这种制造工艺可以使用卷对卷涂层轻松扩大规模，在饮用水生产以及市政和工业废水处理方面具有广阔的实际应用前景。从这项工作中获得的理论见解揭示了界面缩聚的复杂性，特别是在利用界面物理和化学相互作用之间的相互作用方面。作者相信这些发现为水安全先进纳米制造技术的开发提供了灵感。（本刊有删节）详情见高分子科学前沿公众号