我校资源与环境学院赵长伟教授课题组的研究论文《具有纳米级有序结构的聚酰胺膜用于快速渗透和高选择性离子分离》(Polyamide membranes with nanoscale ordered structures for fast permeation and highly selective ion-ion separation)，于《自然》（Nature）杂志旗下期刊《自然通讯》（Nature Communications）在线发表。

膜分离技术具有分离效率高、智能化程度高等优点，已成功应用于水处理、能源等多个分离领域。其中纳滤是一种经济有效且环境友好的分离方法，可有效分离不同价态的离子、新污染物，具有实现污染物选择性分离等特性，目前在饮用水净化、废水处理等领域展示出良好的应用前景。纳滤膜分离技术的核心是高性能纳滤膜材料，如何制备出具有理想渗透性和选择性的纳滤膜材料对于纳滤膜分离技术实际应用至关重要，一直是国际学术界的研究热点和难点。

在制备纳滤膜过程中需要考虑渗透性和选择性之间固有的权衡，但在界面聚合快速的反应条件下，对扩散和反应机制并不明确，如何有效调控纳滤膜结构，突破渗透性和选择性制衡关系，获得高性能纳滤膜一直是该领域研究的瓶颈。

研究团队历时多年，设计采用石墨相氮化碳(g-C3N4)纳米片，诱导界面聚合过程中扩散和反应协同机制，实现了界面聚合过程中空间和时间双重调控（图1）。结果显示所制备出的纳滤膜具有高的渗透性、离子选择性，其水通量为105 L·m-1·h-1·bar-1，对Na2SO4的截留率为99.4%，对Cl-/SO42-选择性为130，分离性能高于现有纳滤膜材料。

图1 高性能纳滤膜的可控制备

该研究进一步采用分子动力学进行了界面聚合过程模拟（图2），表明g-C3N4可有效减缓水相单体扩散并通过油水界面平铺在界面处，限制聚合反应发生，在有效调控界面聚合过程中发挥着关键作用。

图2 分子动力学模拟

综上，该研究提出了一种实现兼具有渗透性和选择性纳滤膜的可控制备策略；揭示了界面聚合过程中的扩散和反应协同调控机制，为高性能纳滤膜有效调控提供了新的研究思路和理论基础，所研发出的高性能纳滤膜可有效解决水净化、海水淡化和资源回收等领域。

中国农业大学为该研究的第一完成单位，该工作得到了国家自然科学基金项目(21878323)、中国农业大学人才发展计划(2021RC022)等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36848-8