近日，国际知名期刊《先进功能材料》（Adv. Funct. Mater., IF: 18.5）在线发表了我院分离膜与膜过程国家重点实验室李少路副研究员/胡云霞研究员团队与英国爱丁堡大学、天津理工大学合作完成的题目为“Rapid and Precise Molecular Nanofiltration Using Ultra-Thin-Film Membranes Derived from 6,6'-Dihydroxy-2,2'-biphenyldiamine”的学术论文（Youcai Chen+, Wenxiong Shi+, Shao-Lu Li,* Mengfan Wang, Jian Wang, Shuang Hao, Genghao Gong, Chunchun Ye,* Neil B. McKeown and Yunxia Hu*, Adv. Funct. Mater, 2024, 2406430. DOI: 10.1002/adfm. 202406430）。Advanced Functional Materials是目前国际材料领域最具影响力的综合性刊物之一，且为中科院TOP期刊。
有机溶剂纳滤是一种高效节能，操作简便，易模块化与规模化应用的新型膜分离技术，在化工、制药、能源、环境等相关领域展现出巨大的应用潜力，可大幅度降低分离过程的能耗和碳排放，有望成为实现“双碳”目标的关键支撑技术之一。
耐溶剂膜材料是有机溶剂纳滤技术的核心。针对现有有机溶剂纳滤膜普遍存在的溶剂渗透-选择性难以兼具，功能层聚合物的有序性难以精确调控等挑战，本工作从膜材料分子水平结构设计入手，合成了一种新型高位阻、扭转单体6,6ʹ-二羟基-2,2ʹ-联苯胺（DHBIPDA）作为新的界面聚合（IP）水相单体分子，通过界面聚合制备了超薄高微孔聚合物纳米膜（低至10 nm以下），可实现有机溶剂中分子的快速精准分离。我们研究发现将油相单体均苯三甲酰氯TMC变换成对苯二甲酰氯（TPC），制备得到的选择层纳米膜的有序程度明显提升，呈现半结晶结构，表现在微孔孔径尺寸减小，膜孔分布明显变窄。膜微孔结构变化通过广角X射线散射（WAXS）、X射线衍射（XRD）、正电子湮灭（PALS）、CO2气体吸附和分子动力学模拟（MD）等技术验证表征。测试结果表明：DHBIPDA/TPC和DHBIPDA/TMC复合膜可达到16.4 LMH/bar和15.1 LMH/bar的高甲醇渗透系数，且具有283 Da和306 Da的低截留分子量（MWCOs），二酰氯TPC制备的膜具有更高的渗透选择性，与其微孔结构表征数据相呼应。除此之外，DHBIPDA/TPC膜对相似分子量染料的混合物（尼罗红NR和甲基橙MO）具有优异的筛分性能，还可以实现高价值均相有机金属复合物催化剂的高效回收，表现出其潜在的工业应用价值。
图1 联苯胺基水相单体通过界面聚合制备超薄无缺陷且具有高微孔性的联苯胺基耐溶剂纳滤膜过程及其微孔结构示意图
本工作的第一作者为我校材料科学与工程学院硕士研究生陈有才，天津理工大学匙文雄教授为共同第一作者，我院李少路副研究员、胡云霞研究员、英国爱丁堡大学叶纯纯博士为论文共同通讯作者，天津工业大学为第一完成单位。本工作受到国家自然科学基金（No. 22375145、No. 22378314）、天津市教委科研计划（No.2019KJ006）项目的资助。本工作感谢我校分析测试中心、自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所王剑老师在分析测试方面给予的大力支持！