亲水性MoS2中间层陶瓷支撑体构建高通量聚酰胺纳滤膜的研究

　　针对陶瓷基纳滤膜界面聚合缺陷问题，研究人员通过HP-β-CD调控原位合成亲水性MoS2中间层，成功制备PA/M-3复合膜，实现23.8 LMH/bar通量与97.8% Na2SO4截留率的突破，为高稳定性有机-无机杂化膜设计提供新思路。

　　

随着全球水资源短缺与工业废水污染加剧，开发高效节能的膜分离技术成为研究热点。传统聚酰胺薄层复合（TFC）纳滤膜虽具有优异分离性能，但聚合物基材存在机械强度低、耐溶剂性差等缺陷；陶瓷膜虽具备卓越化学稳定性，但其超滤（UF）级孔径难以满足纳滤需求。如何在陶瓷基材上构建无缺陷聚酰胺（PA）选择层，成为突破性能瓶颈的关键挑战。

北京化工大学的研究团队创新性地采用羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）作为生长调节剂，在管状陶瓷基材上原位合成亲水性二硫化钼（MoS₂）中间层，并通过界面聚合（IP）构建高性能PA/Mo₂复合纳滤膜。该成果发表于《Journal of Membrane Science》，通过精确调控HP-β-CD浓度，实现了对MoS₂纳米片生长形貌和聚酰胺层结构的双重控制，最终获得兼具高渗透性和选择性的纳滤膜。

关键技术包括：（1）水热法原位生长MoS₂/HP-β-CD（M/H）中间层；（2）以哌嗪（PIP）和HP-β-CD为水相单体、均苯三甲酰氯（TMC）为油相单体的界面聚合；（3）系统优化HP-β-CD在 precursor 溶液和水相单体中的浓度梯度。

结构及性能表征
扫描电镜显示，添加4.0 wt% HP-β-CD的M/H-4膜表面形成垂直排列的MoS₂纳米片阵列，比表面积较未改性样品提升3倍。X射线光电子能谱证实HP-β-CD通过羟基与MoS₂的配位作用实现稳定锚定，接触角测试显示亲水性显著增强（水接触角从78°降至42°）。

纳滤性能优化
PA/M-3膜展现最优性能：纯水通量达23.8 LMH/bar，Na₂SO₄截留率97.8%，较传统TFC膜提升40%通量。机理研究表明，HP-β-CD通过双重作用改善性能：（1）调控MoS₂纳米片垂直生长，形成贯通的质量传递通道；（2）作为水相添加剂促进PIP单体均匀扩散，形成更致密的交联聚酰胺网络。

长期稳定性验证
在30天连续运行和10 bar压力冲击测试中，PA/M-3膜通量衰减率<5%，截留率波动<1.2%，显著优于聚合物基纳滤膜。酸性（pH=2）和碱性（pH=12）条件下性能保持率超过95%，证明其卓越的化学稳定性。

该研究通过分子设计实现了有机-无机界面的精准调控，所开发的"陶瓷-MoS₂-聚酰胺"三级结构为解决传统复合膜稳定性与渗透性之间的矛盾提供了新范式。特别是HP-β-CD的双重功能设计，为多功能添加剂在膜材料中的应用开辟了新途径。研究团队在讨论中指出，该方法可拓展至其他二维材料（如MXene、石墨烯）的界面改性，对未来开发面向工业废水处理的高通量纳滤膜具有重要指导意义。