通過處理市政廢水和淡化海水等形式獲取的非常規水源來增加再生水量，對于緩解全球水資源短缺至關重要。中共中央、國務院發布的《關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》中指出，要實施國家節水行動，強化農業節水增效、工業節水減排、城鎮節水降損。水利部、國家發展改革委在《關于加強非常規水源配置利用的指導意見》也提出，到2025年，全國非常規水源利用量超過170億立方米。
過去半個世紀，薄膜復合（TFC）反滲透膜（RO）一直是海水淡化和水凈化技術的黃金標準，也是重塑我國“水安全”規劃的重要組成部分。近年來，《中國制造 2025》、《海水淡化利用發展行動計劃（2021-2025年）》等政策文件的出臺也已明確將其納入國家重大戰略規劃。盡管TFC-PA膜具有出色的“溶質-水”分離性能，但其在實際淡化工藝過程中仍面臨諸多挑戰。學界普遍認為目前制約反滲透領域發展的因素有四點：1）滲透性與選擇性之間的權衡；2）對中性小分子的去除率不足；3）易受有機/無機物污染；以及4）對活性氯等氧化劑的耐受性低、易發生化學降解等問題。
針對上述膜材料在應用場景中的真實工程問題，近日我校環境學院霍明昕、王憲澤團隊聯合美國工程院院士Menachem Elimelech教授（耶魯大學）、南京理工大學張軒教授在反滲透膜水處理研究方向取得重要進展。研究內容以共同通訊作者身份在《Science》上發表題為 “More resilient polyester membranes for high-performance reverse osmosis desalination” 的論文，https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk0632）。
圖1 新一代聚酯反滲透膜的分離性能，耐污染及長期運行性能數據
研究團隊將目光鎖定于綠色功能化材料——聚酯分離膜，并開展了結構創制與技術革新。在理論技術創新方面，通過分子設計手段，借助“共溶劑輔助”界面聚合的制膜方法，設計并合成了一類間苯二酚衍生物—3,5-二羥基-4-甲基苯甲酸（DHMBA），提高了反應物從水相遷移至有機相的擴散速率，構建了無缺陷、且具有優異“水/鹽選擇性”的三維網絡聚合物薄膜結構，獨特的分子結構與巧妙的制備工藝共同造就了DHMBA型聚酯反滲透膜的優異性能。其中，羧基與酚羥基賦予了反應物的自聚合特點，1,3,5-三取代的結構抑制了苯環的直接氯化反應路徑，而甲基的引入則提供了空間位阻，增大了模型化合物的扭轉勢能（DFT論證），從而延緩了酯基在堿性條件下的水解。在工程應用前景方面，新膜材料活性層的厚度遠低于商業膜（全球主流的TFC-PA），且表面粗糙度僅為2.36±0.32 nm，在脫硼率、耐氯性、抗有機污染、抗無機結垢等關鍵評價指標方面均表現出色，綜合性能在多維度超越行業標桿。由于DHMBA型聚酯反滲透膜沿用了現有商用膜的生產工藝，穩定應用場景覆蓋海水（pH 8.0–8.5）和市政廢水（通常pH 7.0–8.5）等pH值范圍，使其大規模生產極具前景，對反滲透技術在水處理行業的發展具有里程碑的意義。
論文在投稿過程中也收到了來自編輯和審稿人的共同認可。審稿人認為：“這是一份高質量的工作，描述了令人印象深刻的膜設計與制備方法。尤其是與行業標準SW30膜相比，新膜材料的具有的氯穩定性、對無機晶體沉積的抵抗力和抑制作用(This is very high quality work, and the paper describes a membrane formulation that has impressive performance metrics (especially chlorine stability compared to an industry-standard SW30 membrane, resistance to inorganic crystal deposition, and boron rejection)”；“聚酯膜可能與最先進的聚酰胺反滲透膜競爭主流市場，這代表了自80年代FilmTec發明以來反滲透膜研究的里程碑前進(It appears to be the first polyester membrane that could eventually compete with, or even outperform state-of-the-art polyamide RO membranes, representing a milestone advance for the RO research (since the invention of Filmtec in the 80s) ”。
上述研究得到了國家自然科學基金聯合基金（U20A20322），面上項目（52170027）的資助。
霍明昕、王憲澤團隊自2015年起與美國工程院院士/中國工程院外籍院士Menachem Elimelech教授圍繞水資源再生開展水處理技術與工藝研發，近十年間通過選派優秀教師、博士前往國外深造，邀請院士團隊到國內交流等形式開展深度合作，科研團隊先后獲得國家自然科學基金重點、教育部重點、建設部重點、吉林省重大等項目30余項，目前共獲國家科學技術進步獎二等獎3項，省部級科學技術進步一等獎3項、二等獎2項、三等獎3項，發表代表性學術論文200余篇。出版學術專著2部，參與承建70余項水處理工程項目。
