近半个世纪以来，薄膜复合反渗透膜一直是海水淡化和水净化的黄金标准技术。聚酰胺薄膜具有优异的透水性和防盐性，但也有抗氯性差、高结垢倾向和低硼吸附性的缺点。
2024年4月18日，南京理工大学张轩、东北师范大学王宪泽及耶鲁大学Menachem Elimelech共同通讯在Science在线发表题为“More resilientpolyester membranes for high-performance reverse osmosis desalination”的研究论文，该研究利用共溶剂辅助界面聚合，设计了一种聚酯薄膜复合反渗透膜，使3,5-二羟基-4-甲基苯甲酸与三甲基氯反应。
这种聚酯膜具有相当的透水性，对氯化钠和硼的高排斥，以及对氯的完全抵抗。与聚酰胺膜相比，膜的超光滑，低能量表面还可以防止污垢和矿物结垢。这些膜可以通过进一步优化水盐选择性来挑战聚酰胺膜，为大大减少海水淡化的预处理步骤提供了途径。
聚酰胺薄膜复合反渗透(TFC-RO)膜具有优异的分离效率，近半个世纪以来一直是海水淡化或废水回用的金标准技术。这些膜是通过界面聚合(IP)制备的，其中在含有间苯二胺(MPD)的水相和含有三甲基氯(TMC)的有机相之间的界面发生反应。然而，IP过程的热力学不稳定性产生了具有高表面粗糙度的薄聚酰胺膜，有利于有机污垢或无机垢的粘附。虽然氧化剂如氯可以防止膜生物污染，但在活性氯的存在下，聚酰胺膜会通过酰胺键的N-氯化或苯环上的直接芳代取代而恶化。
为了克服这些限制，工业水处理需要一系列昂贵的预处理步骤(例如，混凝、添加抗垢剂、消毒和脱氯)来去除潜在的污染物和剩余的氧化物质，从而为精致的反渗透膜准备给水。尽管最近有文献报道耐污染和耐氯膜可能避免这些预处理步骤，与聚酰胺膜相比，它们的脱盐性能相当差。一个例外是聚酯选择层，它是在聚醚砜(PES)底物支撑的中间聚(哌嗪酰胺)层上形成的。
尽管聚酯选择层表现出优异的抗氯性和脱盐能力，但该膜在pH 8.0时开始水解，例如海水(pH 8.0至8.5)、碱性半咸淡地下水、和城市污水排放(通常pH 7.0至8.5)将需要其他形式的化学强化预处理(更具体地说，pH调整)。开发一种坚固的膜，通过抵抗污垢和矿物结垢或对清洁剂(如活性氯)的化学惰性来消除所有预处理步骤，可以大大降低海水淡化的成本和环境影响。
聚酯反渗透膜的设计、制造工艺及脱盐性能（图源自Science）
为了解决这些挑战，作者使用共溶剂辅助界面聚合技术从分子上设计了一种坚固的聚酯TFC-RO膜。采用共溶剂辅助界面聚合的方法，设计了一种耐氯聚酯TFC-RO膜。膜具有明显的透水性和对NaCl、硼的高阻水性。此外，它对氯具有完全的抵抗力，对污垢和矿物结垢具有优异的抵抗力。该膜的表面比商用聚酰胺海水反渗透膜光滑得多，这可能是其污垢和结垢倾向较低的原因。具有高度交联结构的全芳香族聚酯赋予膜在0至9的pH范围内具有抗氯性和水解稳定性。由于该膜制造工艺与传统的TFC膜类似，因此有可能调整现有的工业生产线以扩大生产规模。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk0632