近日，姜忠义教授、刘亚楠教授课题组在分别在有机溶剂纳滤、离子分离、海水淡化方面取得重要研究进展。相继发表三篇成果于国际知名期刊《Journal of Membrane Science》（IF = 9.0）与化工三大刊《Industrial & Engineering Chemistry Research》，姜忠义教授、刘亚楠教授为论文共同通讯作者。
研究工作一：构建结晶性增强的共价有机纳米片用于高性能有机溶剂纳滤膜
随着石油化工、制药和化工等行业中有机溶剂使用量的不断增加，大量含溶剂废水的持续产生带来了严峻的环境挑战，对溶剂回收与循环利用提出了迫切需求。有机溶剂纳滤因能耗低、工艺紧凑且无需复杂化学反应即可回收溶剂，被公认为有效的解决方案。然而，有机溶剂纳滤的分离环境通常较为苛刻复杂，对膜材料的耐溶剂性、孔道规整性和可规模化制备提出了严格要求。共价有机框架（COF）因其有序的晶体网络、可调的孔径、规整的纳米通道以及有机溶剂中优异的结构稳定性，被认为是构建有机溶剂纳滤膜的理想材料。而COF纳米片的结晶度是高性能COF膜的关键，针对这一关键科学问题，该团队创新性地采用不对称醛单体2,4,6-三氟间苯三酚（TFR）与2,5-二氨基苯磺酸（Pa-SO3H）反应，通过促进可逆键交换和结构重组过程，合成了高结晶性的COF纳米片，并进一步通过真空辅助自组装制备了COF膜。TFR的不对称结构使其在反应中部分发生不可逆的烯醇-酮互变异构形成稳定的β-酮烯胺键，同时保留部分可逆的亚胺键，显著提升了COF纳米片的结晶度。
实验结果表明，优化后的TFR-PaSO3H-46膜在有机溶剂中展现出优异的通量：正己烷通量达299 L·m-2·h-1·bar-1，甲醇通量181 L·m-2·h-1·bar-1，乙醇通量105 L·m-2·h-1·bar-1。在水相条件下，膜的水通量为172 L·m-2·h-1·bar-1，截留分子量为595 Da。在24小时连续过滤测试中，膜在乙醇体系中保持稳定，对阿尔新蓝（AB）的截留率接近100%。在染料/盐混合溶液分离中，该膜对AB截留率达99.7%，对NaCl截留率为12.1%，染料/盐分离因子高达293。该研究提供了一种简单可行的COF膜构建策略，通过不对称单体调控结晶度，为高性能有机溶剂纳滤膜的发展开辟了新方向。
本研究得到了国家重点研发计划（2022YFB3805202）、国家自然科学基金（22208074、22408071）、海南省自然科学基金（524YXQN417、225QN217、525QN256）、海南省科技创新人才基金（KJRC2023D31）以及海南省科技专项基金（ZDYF2025SHFZ025）的资助。
全文链接：//doi.org/10.1016/j.memsci.2026.125450
研究工作二：通过水相添加剂介导的界面聚合制备聚酰胺纳滤膜用于离子分离
淡水资源短缺已成为全球可持续发展的关键挑战，其中一二价离子的分离，特别是氯离子与硫酸根分离已成为水净化领域的关键任务。纳滤技术凭借高效、低能耗的优势，成为实现离子选择性分离的核心技术之一。其中聚酰胺膜作为研究最为系统深入、技术最为成熟的种类之一，在水净化、物质分离等诸多领域展现出不可替代的广泛适用性与重要价值，已经成为商业化纳滤膜的主要材料。界面聚合作为制备聚酰胺层的核心技术，其过程本质上是水相单体与有机相单体在支撑体表面发生的缩聚反应。然而，在传统的界面聚合中存在胺单体快速、不受控制扩散的问题，往往倾向于形成致密且厚度不均的聚酰胺层，导致膜性能受限。针对上述挑战，研究团队创新性地将1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（BMIM-Cl）作为水相添加剂，利用其与哌嗪之间的弱相互作用，适度降低PIP单体的扩散速率，从而实现对界面聚合过程的调控。
实验结果表明，BMIM-Cl与PIP的弱相互作用有效减缓了胺单体的扩散，使聚酰胺分离层厚度从125 nm降至50 nm，并且交联度降低，同时膜表面残留的酰氯基团水解后增加了膜表面的亲水性和电负性。优化后的膜纯水渗透率从15.8 L·m-2·h-1·bar-1提升至25.5 L·m-2·h-1·bar-1，对Na2SO4截留率高达99.9%。在8000 ppm的Na2SO4/NaCl混合盐进料中，Cl-/SO42-分离因子达到40。在连续7天错流测试中，膜对于Na2SO4截留率一直保持在99.3%以上，展现出优异的长期稳定性。该研究通过水相添加剂调控单体扩散速率，为制备兼具高渗透性和高选择性的聚酰胺纳滤膜提供了简便高效的新路径。
本研究得到了国家自然科学基金（22208074，22408071）、海南省自然科学基金（524YXQN417，225QN217，525QN256）、海南省科技专项基金（ZDYF2025SHFZ025）资助。
全文链接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.iecr.5c03745.
研究工作三：通过表面偏析法制备亲水多孔基底提升聚酰胺膜性能
淡水短缺已成为制约全球可持续发展的关键挑战，海水淡化凭借其稳定供水能力在解决水资源危机中发挥着核心作用。反渗透技术因分离性能优异、能耗相对较低且工艺流程简洁，占据了全球约69%的已安装海水淡化产能，而通过界面聚合技术构建的聚酰胺薄层复合膜，更是被公认为反渗透脱盐领域的标杆材料。在此类膜中，聚酰胺分离层的交联度与厚度是决定膜截留和渗透性能的两个关键结构参数：分离层的高交联度赋予膜致密的网络结构，能够提升截留率；同时较薄的分离层则有助于缩短水分子和盐分的扩散路径，从而提升渗透性。针对上述挑战，该团队采用表面偏析策略，在基底制备过程中引入多巴胺作为表面偏析剂，将其与聚醚砜共混并通过非溶剂诱导相转化法制备基底。在基底形成过程中，多巴胺发生自聚合反应生成聚多巴胺，并凭借其亲水性自发向膜表面迁移与锚定，形成亲水多孔的表面结构。不仅显著改善了基底的亲水性，更在后续界面聚合的过程中通过氢键与π-π相互作用有效富集水相中的胺单体，同时减缓其向油相的扩散，从而实现对界面聚合反应的精准调控，成功制备出超薄且高交联度的聚酰胺分离层。
基于上述策略，该团队系统考察了多巴胺含量对膜结构与性能的影响。优化后的聚酰胺反渗透复合膜交联度从79.1%提升至89.9%，聚酰胺层厚度降至48.0 nm，最优膜水通量达到1.91 L·m-2·h-1·bar-1，NaCl截留率高达99.9%，且在连续运行100小时内保持优异稳定性。尤为值得关注的是，该膜对硼酸的截留率从71.3%显著提高至88.9%，在实际海水淡化测试中也展现出卓越的脱盐性能。91大神
姜忠义教授团队的研究通过表面偏析策略制备基底实现了对界面聚合过程的精准调控，为制备兼具高脱盐率与长期稳定性的高性能聚酰胺反渗透复合膜开辟了一条简便高效的新路径。
本研究得到了国家自然科学基金（22208074，22408071）、海南省自然科学基金（524YXQN417，225QN217，525QN256）、海南省科技专项基金（ZDYF2025SHFZ025）资助。
全文链接：//doi.org/10.1016/j.memsci.2026.125149.
撰稿人：刘亚楠
审核人：潘福生
