近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在Environmental Science & Technology发表题为“High-Performance Nanofiltration Membrane with Dual Resistance to Gypsum Scaling and Biofouling for Enhanced Water Purification”的论文，该研究通过设计季铵盐单体，采用原位共聚合的方法制备了具有优异的渗透性和双重抗石膏结垢和生物污染的纳滤膜。

纳滤膜分离技术被广泛应用于可持续和可靠的洁净水供应。目前纳滤膜仍然受到渗透性/选择性权衡制约和膜污染（如生物污染和无机结垢）限制，开发具有高渗透选择性和抗污染性能的纳滤膜具有迫切需求。在这项工作中我们合成了具有优异抗菌活性的季铵盐单体（QACs），并通过界面聚合反应将其原位共聚到聚酰胺网络中，从而开发出具有高自由体积、大比表面积且薄而无缺陷的聚酰胺活性层。QAC功能化纳滤膜在渗透性、新污染物选择性、抗生物污染和石膏结垢等方面表现出优异的性能，与对照膜相比，QAC 纳滤膜的水渗透性提高了一倍以上，同时保留了对二价阴离子 (>99%) 和新污染物 (>90%) 出色的截留能力。此外，QAC 纳滤膜具有优异的Ca²⁺/SO4^2-选择性，允许致垢阳离子选择性通过，可有效缓解无机结垢，同时表现出强大的抗菌性能以对抗生物污染。本研究利用先进的和频光谱等表征技术和分子动力学模拟手段，阐明了QAC纳滤膜的潜在化学-结构-性能关系，提出的原位季铵盐单体共聚策略为高选择性聚酰胺纳滤膜的设计提供了新的思路。

图 具有石膏结垢和生物污染双重抗性的高性能纳滤膜

研究工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c07334