近日，我校环境与生物工程学院张轩教授课题组在抗氧化反渗透膜研究方向取得重要进展。研究成果以“High performance polyester reverse osmosis desalination membrane with chlorine resistance”为题发表于《Nature Sustainability》（《自然·可持续发展》）。环境与生物工程学院姚宇健博士生为论文第一作者，张轩教授、美国耶鲁大学化学与环境系Menachem Elimelech教授为论文共同通讯作者。
反渗透（RO）技术几乎可以完美地去除水中所有溶解性盐类、胶体、有机物等，具有出水水质高、耗能低、操作简便等优点，是高端水处理工艺的重要组成部分。目前市场主流的RO膜为芳香聚酰胺型，其脱盐层主要由间苯二胺与均苯三甲酰氯通过界面聚合工艺制备而成。然而，这一类聚酰胺结构极易受到活性氯的攻击，造成膜材料不可逆的化学降解并引起膜片或元件功能的急剧丧失。因此，如DOW（现被DUPONT收购，美国）、HYDRANAUTICS（美国）、TORAY（日本）等国际RO膜龙头公司也都无一例外在其产品手册中明确限制了进水的余氯浓度（< 0.1 ppm）。换言之，活性氯成分都需要在进入RO元件之前被完全中和消耗。一个不可避免的结果即为：进水中的微生物开始滋生、繁殖，进而造成严重的膜生物污染，大大降低RO膜的产水率与产水品质。膜的生物污染也由此成为制约RO膜使用寿命的关键因素，带来清洗频率的增加和工艺成本的上升。
问题的焦点在于，如何能在含有活性氯成分的水环境中同步实现膜分离过程，并保证膜材料的化学稳定性。新型膜材料工业和信息化部重点实验室张轩教授课题组多年来致力于液体分离膜材料的分子设计、制备及膜过程相关应用研究。通过对活性氯攻击机理的深度剖析，从实验与理论两方面共同验证得出了现有聚酰胺体系难以从根本上突破“本体耐氯”技术瓶颈的“无奈”结论。团队将目光定位于一类芳香二醇新结构，并综合考虑单体的反应活性、空间位阻等结构需求，将活性单体自聚合与界面聚合过程有机结合，开拓性地研发出了一类新型多层聚酯型反渗透膜材料。
聚酯反渗透膜的相关设计依据、制备、基础分离性能及再生性能数据
经重点实验室膜分离系统测试，新型聚酯RO膜的脱盐率高达99.1±0.1%，与商用SW30膜（DUPONT公司）相当；且水渗透性高出后者20-30%，体现出显著的分离性能优势。此外，聚酯膜在活性氯的长期接触且暴露强度达到100,000 ppm h的条件下仍然保持性能稳定。以进水余氯浓度0.5 ppm核算，新膜材料理论上可以连续稳定运行20万小时（约合22.8年），而市售商用膜的性能衰减几乎“一触即发”。即便在某些特殊工况条件下，还可直接使用活性氯清洗水对已发生生物污染的聚酯膜片进行简单清洗，即可实现膜初始性能的快速、高效再生。聚酯RO膜的开发突破了商用聚酰胺反渗透膜易氯化的技术瓶颈，体现出极佳的工业前景，对反渗透行业的发展具有重要意义。
该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中央高校基本科研经费等项目的资金资助。此外，研究工作还得到了中科院化学研究所张平霞研究员、南京理工大学化工学院姜超教授的大力支持和帮助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41893-020-00619-w
Yale News相关报道：
https://news.yale.edu/2020/10/05/multilayered-approach-filter-meet-freshwater-supply-needs
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