东华大学科研团队在高性能聚酰胺有机溶剂纳滤膜研究领域取得新进展

有机溶剂纳滤技术可以在有机溶剂中实现分子级别的分离、纯化和浓缩，大幅提高化工、制药、石油和新能源等行业的生产效率和产品质量。随着工业中使用的溶剂体系越来越复杂，对纳滤膜材料的性能和结构也提出了更高要求。目前，聚酰胺薄层复合膜是纳滤膜的主流材料，因为它制备简单、选择性高、机械强度好。但传统方法制备的聚酰胺膜存在一些问题，如膜层较厚、结构过于致密、亲水性过强，导致对极性溶剂的渗透性较差，尤其在非极性溶剂中分离效率低，限制了其在复杂工业环境中的应用。这些问题主要源于传统的水/烷烃界面聚合工艺的局限：单体扩散不易控制、反应速度太快、酰氯容易发生水解副反应，使得形成的聚酰胺层较厚且不均匀；同时，只能使用水溶性胺类单体，限制了膜材料在亲疏水性和微观结构方面的调控空间。

近期，东华大学化学与化工学院武培怡/吴慧青团队报道了一种“三合一”创新策略，旨在构建超薄微孔两亲性聚酰胺膜，同时实现超高的广谱溶剂渗透性和精细的分子筛分能力。相关研究成果以“《聚酰胺膜的微结构调控实现极性及非极性溶剂的超快传输》（Microstructure engineering of polyamide membranes for ultrafast polar and non-polar solvent transport）”为题，发表在《自然·通讯》（Nat. Commun. 2025, 16, 8414）。

该策略主要包含三个核心点：1）单体分子设计：采用带有二苯醚基团的二胺单体，在聚酰胺层中构建亲水/疏水平衡的两亲结构，形成分别利于极性和非极性溶剂传输的类双通道，实现广谱溶剂的高效渗透。2）聚合物结构优化：在聚酰胺网络中引入非平面扭曲结构，增强膜的微孔性和孔道互联性，显著提升溶剂渗透率。3）界面聚合过程调控：使用低共熔溶剂替代水作为反应介质，不仅允许非水溶性胺单体的使用，且能通过调制低共熔溶剂的组成及性质来精细调节界面性质和反应环境，实现对界面聚合过程的有效控制。

图1. ODA/TMC聚酰胺膜的制备与表征

在尼龙基底上可原位界面聚合形成致密无缺陷的聚酰胺复合膜。膜表面对有机溶剂展现出极高的亲和性，对极性溶剂接触角<25°，对非极性溶剂尤其低（<10°）。临界表面张力极低，表面张力低于此值的溶剂均能完全润湿该膜，产生促进液体传输的正向毛细管力。

图2. ODA/TMC聚酰胺复合膜的形貌及表面性质

通过优化反应时间，可制备高交联度且超薄的聚酰胺分离膜，同时实现高通量和高截留。陡峭的截留曲线及MWRO和MWCO之间的极小差值证明了其高度均匀的孔结构和精确的分子筛分能力，能高效分离分子量相近的物质。膜对极性和非极性溶剂均展现出超高渗透通量，具有显著的性能优势。溶剂传输受粘度、溶剂-膜相互作用和空间位阻的共同影响。

图3.膜的纳滤性能

ODA/TMC膜中的溶剂传输是一个复杂过程，通过串联阻力模型理论模型和分子动力学模拟进行深入解析。利用Dagan模型分析发现，对于此类超薄致密膜，虽然孔道内部阻力占主导，但入口阻力的影响不容忽视。Lucas-Washburn方程则揭示了正向的毛细管驱动力可降低膜的溶剂分子入口阻力，提升传输效率。模拟结果显示正己烷在膜中的传输速率快于甲醇，与实验测试结果一致。

图4. 膜的溶剂传输行为