通過(guò)處理市政廢水和淡化海水等形式獲取的非常規(guī)水源來(lái)增加再生水量，對(duì)于緩解全球水資源短缺至關(guān)重要。中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見(jiàn)》中指出，要實(shí)施國(guó)家節(jié)水行動(dòng)，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)節(jié)水增效、工業(yè)節(jié)水減排、城鎮(zhèn)節(jié)水降損。水利部、國(guó)家發(fā)展改革委在《關(guān)于加強(qiáng)非常規(guī)水源配置利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》也提出，到2025年，全國(guó)非常規(guī)水源利用量超過(guò)170億立方米。
過(guò)去半個(gè)世紀(jì)，薄膜復(fù)合（TFC）反滲透膜（RO）一直是海水淡化和水凈化技術(shù)的黃金標(biāo)準(zhǔn)，也是重塑我國(guó)“水安全”規(guī)劃的重要組成部分。近年來(lái)，《中國(guó)制造 2025》、《海水淡化利用發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2025年）》等政策文件的出臺(tái)也已明確將其納入國(guó)家重大戰(zhàn)略規(guī)劃。盡管TFC-PA膜具有出色的“溶質(zhì)-水”分離性能，但其在實(shí)際淡化工藝過(guò)程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。學(xué)界普遍認(rèn)為目前制約反滲透領(lǐng)域發(fā)展的因素有四點(diǎn)：1）滲透性與選擇性之間的權(quán)衡；2）對(duì)中性小分子的去除率不足；3）易受有機(jī)/無(wú)機(jī)物污染；以及4）對(duì)活性氯等氧化劑的耐受性低、易發(fā)生化學(xué)降解等問(wèn)題。
針對(duì)上述膜材料在應(yīng)用場(chǎng)景中的真實(shí)工程問(wèn)題，近日我校環(huán)境學(xué)院霍明昕、王憲澤團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)工程院院士Menachem Elimelech教授（耶魯大學(xué)）、南京理工大學(xué)張軒教授在反滲透膜水處理研究方向取得重要進(jìn)展。研究?jī)?nèi)容以共同通訊作者身份在《Science》上發(fā)表題為 “More resilient polyester membranes for high-performance reverse osmosis desalination” 的論文，https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk0632）。
圖1 新一代聚酯反滲透膜的分離性能，耐污染及長(zhǎng)期運(yùn)行性能數(shù)據(jù)
研究團(tuán)隊(duì)將目光鎖定于綠色功能化材料——聚酯分離膜，并開(kāi)展了結(jié)構(gòu)創(chuàng)制與技術(shù)革新。在理論技術(shù)創(chuàng)新方面，通過(guò)分子設(shè)計(jì)手段，借助“共溶劑輔助”界面聚合的制膜方法，設(shè)計(jì)并合成了一類(lèi)間苯二酚衍生物—3,5-二羥基-4-甲基苯甲酸（DHMBA），提高了反應(yīng)物從水相遷移至有機(jī)相的擴(kuò)散速率，構(gòu)建了無(wú)缺陷、且具有優(yōu)異“水/鹽選擇性”的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物薄膜結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)與巧妙的制備工藝共同造就了DHMBA型聚酯反滲透膜的優(yōu)異性能。其中，羧基與酚羥基賦予了反應(yīng)物的自聚合特點(diǎn)，1,3,5-三取代的結(jié)構(gòu)抑制了苯環(huán)的直接氯化反應(yīng)路徑，而甲基的引入則提供了空間位阻，增大了模型化合物的扭轉(zhuǎn)勢(shì)能（DFT論證），從而延緩了酯基在堿性條件下的水解。在工程應(yīng)用前景方面，新膜材料活性層的厚度遠(yuǎn)低于商業(yè)膜（全球主流的TFC-PA），且表面粗糙度僅為2.36±0.32 nm，在脫硼率、耐氯性、抗有機(jī)污染、抗無(wú)機(jī)結(jié)垢等關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)方面均表現(xiàn)出色，綜合性能在多維度超越行業(yè)標(biāo)桿。由于DHMBA型聚酯反滲透膜沿用了現(xiàn)有商用膜的生產(chǎn)工藝，穩(wěn)定應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋海水（pH 8.0–8.5）和市政廢水（通常pH 7.0–8.5）等pH值范圍，使其大規(guī)模生產(chǎn)極具前景，對(duì)反滲透技術(shù)在水處理行業(yè)的發(fā)展具有里程碑的意義。
論文在投稿過(guò)程中也收到了來(lái)自編輯和審稿人的共同認(rèn)可。審稿人認(rèn)為：“這是一份高質(zhì)量的工作，描述了令人印象深刻的膜設(shè)計(jì)與制備方法。尤其是與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SW30膜相比，新膜材料的具有的氯穩(wěn)定性、對(duì)無(wú)機(jī)晶體沉積的抵抗力和抑制作用(This is very high quality work, and the paper describes a membrane formulation that has impressive performance metrics (especially chlorine stability compared to an industry-standard SW30 membrane, resistance to inorganic crystal deposition, and boron rejection)”；“聚酯膜可能與最先進(jìn)的聚酰胺反滲透膜競(jìng)爭(zhēng)主流市場(chǎng)，這代表了自80年代FilmTec發(fā)明以來(lái)反滲透膜研究的里程碑前進(jìn)(It appears to be the first polyester membrane that could eventually compete with, or even outperform state-of-the-art polyamide RO membranes, representing a milestone advance for the RO research (since the invention of Filmtec in the 80s) ”。
上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金（U20A20322），面上項(xiàng)目（52170027）的資助。
霍明昕、王憲澤團(tuán)隊(duì)自2015年起與美國(guó)工程院院士/中國(guó)工程院外籍院士Menachem Elimelech教授圍繞水資源再生開(kāi)展水處理技術(shù)與工藝研發(fā)，近十年間通過(guò)選派優(yōu)秀教師、博士前往國(guó)外深造，邀請(qǐng)?jiān)菏繄F(tuán)隊(duì)到國(guó)內(nèi)交流等形式開(kāi)展深度合作，科研團(tuán)隊(duì)先后獲得國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、教育部重點(diǎn)、建設(shè)部重點(diǎn)、吉林省重大等項(xiàng)目30余項(xiàng)，目前共獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，省部級(jí)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)，發(fā)表代表性學(xué)術(shù)論文200余篇。出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著2部，參與承建70余項(xiàng)水處理工程項(xiàng)目。
