篩子可以分離出想要剔除的東西，高性能納濾膜也像一把“篩子”，在截留納米級物質(zhì)中有著廣泛的應(yīng)用：水軟化、發(fā)酵液濃縮、天然藥物分離等。然而，如何既能滲透也能不留“污漬”?如何更有效地分離分子量相近的物質(zhì)?納濾膜面臨的難題要比篩子難得多。7日，記者從南京工業(yè)大學(xué)獲悉，該校膜科學(xué)技術(shù)研究所孫世鵬教授團隊首次利用環(huán)狀超分子葫蘆脲，構(gòu)筑了納濾膜的分離孔道和傳輸通道，提升了納濾膜的純水滲透率和抗污染性能，實現(xiàn)了水體系中小分子醇類高效截留，相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《美國化學(xué)工程師學(xué)會雜志》、《膜科學(xué)》和《納米快報》上。
“葫蘆脲里有個輸水的空腔，可以增加輸水的孔隙率。”團隊成員助理教授曹雪麗老師和研究生郭嘉林發(fā)現(xiàn)，葫蘆脲的特點為高性能納濾膜如何更快濾水提供了一種思路。
研究團隊立即在水相中加入了葫蘆脲。據(jù)孫世鵬教授介紹，原來，納濾膜由水相和油相組成，兩者中間有一個界面，一般情況下，水相里面的哌嗪和油相里的均苯三甲酰氯反應(yīng)形成一個聚酰胺網(wǎng)絡(luò)通道，通過這個通道，硫酸根和異丙醇被截留，水和氯離子被“篩選”出來。
研究生唐銘健在另外一項研究中，同樣利用界面聚合法，除了在水相中加入了葫蘆脲，還添加了聚乙烯亞胺、三乙烯四胺等多胺類物質(zhì)。“葫蘆脲與多胺的結(jié)合，使得多胺在擴散過程中的自抑制性提高，膜表面出現(xiàn)了大量的納米鏈圖案，有效提升了膜的純水滲透率。”
在唐銘健的實驗中，異丙醇成為截留的對象。研究團隊經(jīng)過反復(fù)試驗，通過調(diào)節(jié)葫蘆脲的濃度，在0-0.1%的濃度區(qū)間里進行微調(diào)，最終發(fā)現(xiàn)，當(dāng)葫蘆脲的濃度調(diào)至0.06%左右，納濾膜對異丙醇的截留率最高。
“在篩選出的這張納濾膜上，異丙醇從0.5 wt%濃縮至9 wt%。”唐銘健說，從0.5%到9%的提升正是生物發(fā)酵中成本最高、最難攻克的一個環(huán)節(jié)。
據(jù)孫世鵬介紹，生物發(fā)酵能夠緩解能源危機，“傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)出的異丙醇的濃度很低，需要進一步提純，而經(jīng)過透醇膜和透水膜可以依次將異丙醇的濃度一步步提高到99%，”孫世鵬說，這次他們制備的“多胺-葫蘆脲納濾膜”有望應(yīng)用于生物發(fā)酵醇的預(yù)濃縮過程，為生物燃料等產(chǎn)品生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗提供新思路。”
“水軟化技術(shù)是降低飲用水硬度、提升飲用水質(zhì)量的重要手段，這需要從氯化鈉中除去硫酸鈉，在氯堿工業(yè)中，也需要從高濃度氯化鈉中分離出硫酸鈉。”曹雪麗研究中制備的葫蘆脲改性納濾膜不僅提高了純水滲透率，也顯示出極佳的硫酸根離子與氯離子的分離性能，為水軟化和氯堿工業(yè)提供新的思路。(金鳳 通訊員 朱琳)
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