聚酰胺反滲透膜是當前膜法淡化工藝的核心元件。然而在其實際使用過程中,膜分離層易被給水中的活性氯基消殺劑所氧化,導致脫鹽性能降低,產水水質變差。為克服前述弊端,一種可行的方法是在膜表面引入化學犧牲層令其與活性氯優先作用,從而抑制內層聚酰胺本體的氧化。
膜室反滲透膜研發團隊受生物體內源性抗氧化事件啟發,以現知最強的天然抗氧化劑硫辛酸作為功能組分,商品化聚乙烯亞胺為介導組分,通過預組裝——一步鍵合策略實現了對聚酰胺表層的修飾。修飾過程簡便易行,所得產物無需復雜純化,反應物綠色安全,且對膜材料的分離性能基本無影響。模擬加速氯化實驗結果顯示,在給定的活性氯劑量下,膜材料脫鹽率損失僅為0.7%(修飾前為3%),水通量損失僅為17%(修飾前為31%)。通過對氯化膜表面特性進行表征,結合密度泛函理論計算結果,提出了修飾膜耐氯的雙硫五元環功能單元串聯氧化機制,其具有的超強本征氯捕獲能力有效抑制了活性氯向聚酰胺內層的擴散,并在一定程度上克服了傳統抗氯層易于氯化飽和的不足。研究工作發表于SCI期刊Journal of Membrane Science(Bioinspired chlorine-resistant tailoring for polyamide reverse osmosis membrane based on tandem oxidation of natural α-lipoic acid on the surface, 2020,DOI:10.1016/j.memsci.2020.118521)。
上述工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金青年項目和所基金項目的支持。