纳滤膜制备迎来蝶变 膜分离领域或成下一个风口

【中国环保在线 技术前沿】数百次的试验和论证，近日来自浙江大学化学工程与生物工程学院张林教授团队研制出一种制备薄膜的新方法，使纳滤膜原本光滑的表面“长”出“图灵结构”。对此，张林教授表示，“如果能把纳滤膜做成图灵结构，就可以在膜表面提供更多让水透过的位点，极大增强膜的透水性能。”
当规则重复的图案形态邂逅水处理纳滤膜，将擦出怎样的火花？近日，浙江大学实验室诞生的一张新型净水膜，它不同寻常的表面形貌正符合图灵当年提出的图灵结构理论。利用“图灵结构”开发出一款新型纳滤膜，这既是在薄膜上制造出了纳米尺度的“图灵结构”，也是“图灵结构”实现于应用领域，用来指导净水膜的制备的先例。
纳滤膜，即允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。通过“界面聚合反应”来制备的纳滤膜，凭借能去除水中特定的有机物、色素和盐的性能，现已成为用于深度水处理、硬水软化、苦咸水处理等领域的重要材料。而在此基础上形成的纳滤技术，作为当前先进的水处理技术之一，可降低处理成本，将在工业水回用、饮用水安全保障、雨水资源化利用以及西部苦咸水处理等领域发挥积极作用。
英国科学家阿兰·图灵认为，任何重复的自然图案都是通过两种具有特定特征的事物相互反应产生的，终形成斑纹、条纹、斑点等“图灵结构”。基于此，原本平整光滑的膜，“长”出了致密、具有周期性的形貌——那就是“图灵结构”。通过调节聚乙烯醇的浓度，还可得到泡状、管状等不同的“图灵结构”。而根据反应物的配比不同，能形成表面形貌完全不同的两种净水膜。
公开资料显示，界面聚合制备超薄分离膜技术从上个世纪80年代问世沿用至今，已经相当成熟。但判断是否属于图灵反应—扩散方程的关键之处在于，反应中的活化剂和抑制剂各自的扩散速率必须有数量级的差异。在长时间的不断试验后，哌嗪与均苯三甲酰氯“舞”出了不一样的路线，终形成了一张具有纳米级“图灵结构”的纳滤膜。电子显微镜下，这些结构如同一个个半圆形的“帐篷”密密麻麻地覆在膜的表面。
与传统制造工艺相比，其中有很多空隙，减少了水透过的阻力，使得膜的分离性能比传统制备方法制备的膜要优良的多。这项膜制备技术不必对现有生产线做任何改造，就能生产出性能更优的净水膜，有良好的应用前景。经过测试，这些通道使得膜的透水性能，能将海水中的盐分和水快速地分离开来，速度将是传统净水膜的 3 倍，大大降低了膜的滤水成本。同时可提供更大的有效水传递面积，因此材料拥有更高的水通量和盐截留性能。
正如浙江大学化学工程与生物工程学院张林教授指出，“本技术仅在传统制备纳滤膜的过程中增加了添加亲水大分子的工序，这种方法未对传统工艺进行调整，因此容易实现工业化。”张林进而指出，可先将图灵净水膜用于海水净化的预处理阶段，去除盐分还是可以采用传统的反渗透膜。但可以预见的是，“图灵结构”的纳滤膜无疑将在工业水回用、饮用水安全保障、雨水资源化利用、饮用水深度处理及工业水回收等领域发挥出积极作用。