10月16日，同济大学王志伟教授和戴若彬教授（共同通讯）在Nature Communications在线发表了题为“Hydroxy artificial water channels enable ultraselective reverse osmosis membranes for N-nitrosamine removal in water reuse”的研究论文，通过将羟基人工水通道嵌入聚酰胺分离层构建高选择性反渗透膜，揭示了通道内壁羟基调控水分子氢键网络及选择性传质的机制，实现了水渗透性能与N-亚硝胺类污染物截留性能的同步提升。

         反渗透技术是水资源回用的重要手段，但传统聚酰胺反渗透膜虽然能够实现较高的盐截留率，对N-亚硝基二甲胺（NDMA）等小分子、中性有机污染物的去除能力仍然有限，而通过增加膜分离层致密程度提高截留率通常会降低水渗透性能。针对这一问题，研究受细胞膜水通道蛋白启发，利用含羟基分子的自组装构建孔径约3.5 Å的人工水通道，并通过界面聚合将其引入聚酰胺分离层，形成羟基人工水通道改性反渗透膜（AWCM）。实验结果表明，在16 bar、25 ℃条件下，优化后的AWCM-0.25膜纯水渗透系数达到4.5 ± 0.2 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹，较未改性膜的2.6 ± 0.1 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹提高约73.1%；在2000 mg/L NaCl测试条件下，盐截留率由97.8 ± 0.2%提高至99.2 ± 0.3%。对于NDMA，在16 bar、25 ℃、pH 7条件下，截留率由61.2 ± 0.3%提升至93.9 ± 0.1%，对应的膜透过液中NDMA浓度降低6.4倍，并对另外五种N-亚硝胺类污染物表现出较高截留性能。进一步结合水分子分布表征、分子动力学模拟和通道结构对照实验发现，羟基人工水通道能够主导膜内水分子的传输路径，通道内壁丰富的羟基与水分子形成动态连续的氢键网络，通过缩短氢键寿命和水分子驻留时间、提高分子跳跃频率促进快速传水；与此同时，NaCl和NDMA在人工水通道中面临较高的跨通道能垒，其传输受到有效抑制，从而实现水分子快速通过与污染物选择性截留。研究还发现，该膜对腐殖酸污染具有更好的抵抗能力，但在膜通量下降约10%的污染条件下，NDMA截留率仍下降约9.3%。该研究阐明了人工水通道介导选择性传质的作用机制，为设计兼具高透水性和高污染物截留能力的新型反渗透膜提供了依据。