篩子可以分離出想要剔除的東西，高性能納濾膜也像一把“篩子”，在截留納米級物質中有著廣泛的應用：水軟化、發酵液濃縮、天然藥物分離等。然而，如何既能滲透也能不留“污漬”?如何更有效地分離分子量相近的物質?納濾膜面臨的難題要比篩子難得多。7日，記者從南京工業大學獲悉，該校膜科學技術研究所孫世鵬教授團隊首次利用環狀超分子葫蘆脲，構筑了納濾膜的分離孔道和傳輸通道，提升了納濾膜的純水滲透率和抗污染性能，實現了水體系中小分子醇類高效截留，相關研究成果分別發表在《美國化學工程師學會雜志》、《膜科學》和《納米快報》上。
“葫蘆脲里有個輸水的空腔，可以增加輸水的孔隙率。”團隊成員助理教授曹雪麗老師和研究生郭嘉林發現，葫蘆脲的特點為高性能納濾膜如何更快濾水提供了一種思路。
研究團隊立即在水相中加入了葫蘆脲。據孫世鵬教授介紹，原來，納濾膜由水相和油相組成，兩者中間有一個界面，一般情況下，水相里面的哌嗪和油相里的均苯三甲酰氯反應形成一個聚酰胺網絡通道，通過這個通道，硫酸根和異丙醇被截留，水和氯離子被“篩選”出來。
研究生唐銘健在另外一項研究中，同樣利用界面聚合法，除了在水相中加入了葫蘆脲，還添加了聚乙烯亞胺、三乙烯四胺等多胺類物質。“葫蘆脲與多胺的結合，使得多胺在擴散過程中的自抑制性提高，膜表面出現了大量的納米鏈圖案，有效提升了膜的純水滲透率。”
在唐銘健的實驗中，異丙醇成為截留的對象。研究團隊經過反復試驗，通過調節葫蘆脲的濃度，在0-0.1%的濃度區間里進行微調，最終發現，當葫蘆脲的濃度調至0.06%左右，納濾膜對異丙醇的截留率最高。
“在篩選出的這張納濾膜上，異丙醇從0.5 wt%濃縮至9 wt%。”唐銘健說，從0.5%到9%的提升正是生物發酵中成本最高、最難攻克的一個環節。
據孫世鵬介紹，生物發酵能夠緩解能源危機，“傳統發酵產出的異丙醇的濃度很低，需要進一步提純，而經過透醇膜和透水膜可以依次將異丙醇的濃度一步步提高到99%，”孫世鵬說，這次他們制備的“多胺-葫蘆脲納濾膜”有望應用于生物發酵醇的預濃縮過程，為生物燃料等產品生產過程的節能降耗提供新思路。”
“水軟化技術是降低飲用水硬度、提升飲用水質量的重要手段，這需要從氯化鈉中除去硫酸鈉，在氯堿工業中，也需要從高濃度氯化鈉中分離出硫酸鈉。”曹雪麗研究中制備的葫蘆脲改性納濾膜不僅提高了純水滲透率，也顯示出極佳的硫酸根離子與氯離子的分離性能，為水軟化和氯堿工業提供新的思路。(金鳳 通訊員 朱琳)
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