成都理工大学二仙桥膜分离课题组近期在膜分离领域取得的工作进展

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研究内容

1. 具有双 Li⁺传输通道的冠醚调控纳滤膜用于盐湖卤水Mg²⁺/Li⁺分离

近日，课题组在纳滤膜提锂领域取得进展，相关成果以“Bilayer crown ether-engineered nanofiltration membranes with dual Li+ transport channels for ultra-high Mg2+/Li+ separation from saline lake brines”发表在国际环境领域权威期刊《Water Research》（Nature Index），成都理工大学为第一单位。

针对盐湖提锂镁锂分离的难题，论文报道了一种结合苯并-15-冠-5醚（B15C5）的双重界面聚合策略，制备了双层层级结构Li⁺传输通道的纳滤膜。通过二次界面聚合条件优化并协同B15C5功能化后，该膜不仅保持了稳定的水通量（8.2 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹）和优异的Mg²⁺截留率（> 99%），且锂镁分离因子（SLi, Mg）高达57.2。在中国察尔汗盐湖真实卤水分离测试中，经过两级分离工艺，新型膜可将初始卤水的Mg²⁺/Li⁺比从928.6降至1.9，锂富集倍数达到488.7倍。论文还通过X射线光电子能谱深度刻蚀和飞行时间二次离子质谱解析了膜的空间结构；采用密度泛函理论计算和静态扩散实验验证了经冠醚调控后膜显著强化Li⁺渗透能力的机制。该项工作为设计离子选择性膜建立了分子尺度的范例，有望解决高镁锂比卤水提锂的关键挑战。

课题组硕士研究生刘科为第一作者，曾广勇副教授、四川大学伊守亮教授为通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123924

2. “静电偏析”驱动纳米材料定向迁移，“纳米富集”显著强化膜抗污染性能

近日，课题组在膜抗污染领域取得进展，相关成果以“Electrostatically enhanced surface segregation boosts anti-fouling performance of mixed matrix membranes”发表在国际膜分离领域权威期刊《Journal of Membrane Science》，成都理工大学为第一单位。

近年来，通过将亲水性纳米材料掺杂到聚合物基体中制备混合基质膜，成为提升抗污染性能的重要策略，但纳米材料与聚合物基体间的相容性问题往往导致膜内裂缝、孔道堵塞及基体僵化等缺陷。基于此，论文探讨了一种通过“静电强化表面偏析”实现MXene纳米片在聚合物基膜中的定向迁移，从而在膜表面构建高效的抗污染层的策略。通过将氨基化后带正电的MXene@PEI纳米片和带负电荷的PAA分子分别引入聚合物铸膜液和凝固浴中，采用NIPS法制备出新型MXene@PEI-PAA/PVDF混合基质膜，结果表明，最佳膜具有优异的抗污染性能，在对腐殖酸和牛血清白蛋白的多个循环分离后，膜的通量恢复率均超过95%。通过分子动力学揭示了表面偏析过程的成膜机制以及膜抗污染机理。该策略有效克服了纳米材料在膜基体中的分散和迁移难题，为抗污染膜的制备提供了新思路。

课题组硕士研究生林清泉为第一作者（现上海交通大学博士在读），曾广勇副教授、向原研究员、中科院过程所罗建泉研究员为通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2025.124036

3. 抗生物污染反渗透膜：抗菌&抗粘附“双管齐下”

近日，课题组在反渗透膜抗污染领域取得进展，相关成果以“Dual-Functional Reverse Osmosis Membranes: A Novel Approach to Combat Biofouling with Enhanced Antibacterial and Antiadhesion Properties”发表在国际膜分离领域权威期刊《Journal of Membrane Science》，成都理工大学为第一单位。

由膜污染导致的能耗和操作成本的增加是反渗透膜在实际应用中面临的主要挑战。研究表明，反渗透膜的污染是由有机物吸附、无机物沉积和菌体生长共同作用的结果。其中，生物污染的占比约为45%，且危害性最强、最难消除。全球每年用于处理反渗透膜生物污染的费用高达150亿，占膜应用成本的30%。

针对此，论文采用简便的氧化还原聚合方法在反渗透膜上同时接枝离子液体单体和磺酸基单体，借助离子液体基团优良的抗菌活性和磺酸基团良好的水合能力，构建同时具有抗菌和抗粘附能力的双功能反渗透膜。结果表明，新型膜在不折损盐截留率的同时，渗透通量提升13%左右，且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率（98.2%和96.1%）显著优于原膜。与此同时，该膜对水处理领域中常见的三种模型污染物：牛血清白蛋白、腐殖酸和海藻酸钠也表现出良好的抗污染能力，经过10小时的连续过滤实验，对BSA和HA溶液的渗透通量下降率仅为7%左右，对SA溶液的渗透通量下降率为14%，具有优异的长效稳定性。

课题组硕士研究生郎明娇为第一作者，曾广勇副教授、中科院过程所陈向荣副研究员为通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2025.123699

4. 多级超滤膜集成技术实现酸解液中低分子量右旋糖酐的高效分级纯化

近日，课题组在多糖的分离与纯化领域取得进展，相关成果以“Multi-membrane Integrated Ultrafiltration Process for Fractionation and Purification of Low Molecular-Weight Dextrans from acidic Hydrolysate”发表在国际化工领域三大刊之一的《Chemical Engineering Science》，成都理工大学为第一单位。

右旋糖酐是一种由葡萄糖单元通过α-1,6-糖苷键连接而成的线性多糖，具有多种生物活性。传统乙醇沉淀法和层析法存在效率低、成本高和环境负担重等问题。现有超滤技术则受限于膜孔径分布不均、多糖分子构象复杂以及膜污染等问题。基于此，课题组与中科院过程所生物分离膜工程团队展开合作，开发了一种多膜串级筛分工艺实现了右旋糖酐酸解液中低分子量组分的高效分离。结果表明：两种超滤膜三级处理酸解液中连续分布的右旋糖酐混合物时，分别获得分子量为45.4、16.7和6.3 kDa的右旋糖酐，纯度和收率分别在99%和80%以上。其中，6.3 kDa的微分子量右旋糖酐组分多分散系数达到1.4（高于色谱标准品的品质）。最后，采用0.3 m²的1812卷式膜组件进行放大验证后，分离性能与小试水平一致。该工作为膜技术生产低分子量右旋糖酐的产业化应用提供了技术基础。

课题组硕士研究生郑浒为第一作者，曾广勇副教授、中科院过程所樊荣研究员为通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2025.121568

5. MOFs偏析至膜表面促降解，超滤耦合PMS跨界高效去除抗生素

近日，课题组在膜分离耦合技术开发领域取得进展，相关成果以“Enhancing antibiotic removal of mixed matrix membranes through electrostatic surface segregation of MIL-101(Fe) catalysts”发表在国际化工领域著名期刊《Chemical Engineering Journal》，成都理工大学为第一单位。

将类芬顿催化剂引入膜分离材料既解决了催化剂回收与重复利用的难题，又将膜技术与催化过程相结合以增强污染物去除效果。然而，如何维持催化剂在膜基体中的长效活性是关键的科学问题。针对此，论文将带正电荷的壳聚糖改性 MOFs光芬顿催化剂加入铸膜液中，同时将带负电荷的聚丙烯酸溶解于凝固浴中，在亲水和静电作用下促使 MOFs在NIPS过程中向膜表面迁移以强化催化效果。结果表明，所开发的 CS@MIL-101 (Fe)-PAA/PVDF/PMS/Vis 体系对盐酸四环素的去除率高达 99% 以上，适用 pH 范围广（1-9），且具有优异的长期稳定性。密度泛函理论计算表明，PMS 对三元结构表现出更高的亲和力，且活化反应具有热力学优势并可自发进行。本研究为水环境中新污染的高效、低碳去除提供了新思路。

课题组硕士研究生郑霞和杨朝美为第一作者，曾广勇副教授、中科院过程所罗建泉研究员为通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159865

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