近日，实验室白朗明团队在环境领域权威期刊Environmental Science & Technology发表了题为“Nanofiltration Membranes with Salt-Responsive lon Valves for Enhanced SeparationPerformance in Brackish Water Treatment: A Battle against the Limitation of SaltConcentration”的论文。为了满足日益增长的微咸水处理需求，研究团队通过引入两性离子纳米球，设计了一种具有盐响应离子阀的NF膜。纳米球和聚酰胺层之间的“限制填充”相互作用有助于盐响应离子阀效应。PA-ZNs膜在高盐浓度下表现出更好的排盐能力和对一价/二价离子的选择性，突破了微咸水处理中高盐浓度的限制。离子阀控制的PA-ZNs膜的离子传输证明了离子阀效应在膜分离中的关键作用。此外，主要的分离机制被确定为空间排斥和介电效应，而Donnan效应在高盐浓度下发挥的作用最小。开发用于膜构建的刺激响应材料为基于环境因素的膜性能调节铺平了道路。纳米球与膜之间的盐响应相互作用引起的离子阀效应对新型膜的开发具有启示意义。类似的膜制造策略值得广泛关注，包括模板诱导和夹层构建方法。
文章利用微咸水资源对纳滤膜的设计和施工提出了很高的要求。为了克服由于Donnan效应减弱而导致的高盐浓度对纳滤分离性能的限制，通过在聚酰胺层（PA-ZNs）中加入两性离子纳米球，开发了一种具有盐响应离子阀效应的纳滤膜。通过从水传输模型、正电子湮没光谱和溶质排斥的角度进行的组合分析，揭示了高盐度下纳米球和膜之间的相互作用，有助于阀门效应的形成。PA-ZNs膜在克服盐浓度增加对纳滤分离性能的限制方面取得了突破，实现了对单/多价阴离子105的高选择性。为了揭示离子阀效应在离子通过膜传输中的作用，测定了不同盐浓度下的膜电导，证实了低盐度下的通道控制传输和高盐度下的离子阀控制传输。此外，系统地研究了膜分离的主要机理。盐响应离子阀的概念可能有助于扩大纳滤在微咸水处理中的应用。
实验室白朗明教授为论文的通讯作者，重点实验室为通讯单位。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c03919
