有機(jī)溶劑納濾技術(shù)可以在有機(jī)溶劑中實(shí)現(xiàn)分子級(jí)別的分離、純化和濃縮，大幅提高化工、制藥、石油和新能源等行業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著工業(yè)中使用的溶劑體系越來越復(fù)雜，對納濾膜材料的性能和結(jié)構(gòu)也提出了更高要求。目前，聚酰胺薄層復(fù)合膜是納濾膜的主流材料，因?yàn)樗苽浜唵?、選擇性高、機(jī)械強(qiáng)度好。但傳統(tǒng)方法制備的聚酰胺膜存在一些問題，如膜層較厚、結(jié)構(gòu)過于致密、親水性過強(qiáng)，導(dǎo)致對極性溶劑的滲透性較差，尤其在非極性溶劑中分離效率低，限制了其在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。這些問題主要源于傳統(tǒng)的水/烷烴界面聚合工藝的局限：單體擴(kuò)散不易控制、反應(yīng)速度太快、酰氯容易發(fā)生水解副反應(yīng)，使得形成的聚酰胺層較厚且不均勻；同時(shí)，只能使用水溶性胺類單體，限制了膜材料在親疏水性和微觀結(jié)構(gòu)方面的調(diào)控空間。
近期，東華大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院武培怡/吳慧青團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種“三合一”創(chuàng)新策略，旨在構(gòu)建超薄微孔兩親性聚酰胺膜，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高的廣譜溶劑滲透性和精細(xì)的分子篩分能力。相關(guān)研究成果以“《聚酰胺膜的微結(jié)構(gòu)調(diào)控實(shí)現(xiàn)極性及非極性溶劑的超快傳輸》（Microstructure engineering of polyamide membranes for ultrafast polar and non-polar solvent transport）”為題，發(fā)表在《自然·通訊》（Nat. Commun. 2025, 16, 8414）。
該策略主要包含三個(gè)核心點(diǎn)：1）單體分子設(shè)計(jì)：采用帶有二苯醚基團(tuán)的二胺單體，在聚酰胺層中構(gòu)建親水/疏水平衡的兩親結(jié)構(gòu)，形成分別利于極性和非極性溶劑傳輸?shù)念愲p通道，實(shí)現(xiàn)廣譜溶劑的高效滲透。2）聚合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化：在聚酰胺網(wǎng)絡(luò)中引入非平面扭曲結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)膜的微孔性和孔道互聯(lián)性，顯著提升溶劑滲透率。3）界面聚合過程調(diào)控：使用低共熔溶劑替代水作為反應(yīng)介質(zhì)，不僅允許非水溶性胺單體的使用，且能通過調(diào)制低共熔溶劑的組成及性質(zhì)來精細(xì)調(diào)節(jié)界面性質(zhì)和反應(yīng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對界面聚合過程的有效控制。
在尼龍基底上可原位界面聚合形成致密無缺陷的聚酰胺復(fù)合膜。膜表面對有機(jī)溶劑展現(xiàn)出極高的親和性，對極性溶劑接觸角<25°，對非極性溶劑尤其低（<10°）。臨界表面張力極低，表面張力低于此值的溶劑均能完全潤濕該膜，產(chǎn)生促進(jìn)液體傳輸?shù)恼蛎?xì)管力。
通過優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間，可制備高交聯(lián)度且超薄的聚酰胺分離膜，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高通量和高截留。陡峭的截留曲線及MWRO和MWCO之間的極小差值證明了其高度均勻的孔結(jié)構(gòu)和精確的分子篩分能力，能高效分離分子量相近的物質(zhì)。膜對極性和非極性溶劑均展現(xiàn)出超高滲透通量，具有顯著的性能優(yōu)勢。溶劑傳輸受粘度、溶劑-膜相互作用和空間位阻的共同影響。
ODA/TMC膜中的溶劑傳輸是一個(gè)復(fù)雜過程，通過串聯(lián)阻力模型理論模型和分子動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)行深入解析。利用Dagan模型分析發(fā)現(xiàn)，對于此類超薄致密膜，雖然孔道內(nèi)部阻力占主導(dǎo)，但入口阻力的影響不容忽視。Lucas-Washburn方程則揭示了正向的毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)力可降低膜的溶劑分子入口阻力，提升傳輸效率。模擬結(jié)果顯示正己烷在膜中的傳輸速率快于甲醇，與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果一致。
