在過去的30年中，反滲透（RO）膜應用經歷了巨大的增長。這是由多種因素共同實現的，這些因素包括全球人口和經濟增長，氣候變化導致的水資源短缺以及近年來已實施的更加嚴格的環境法規。目前用于海水淡化的最具成本效益的膜是基于交聯芳族聚酰胺（PA）膜。雖然對其表面改性研究得很多，但在大多數商業應用中大部分化學結構仍然保持不變。在過去的十年中，已經用納米材料對這些膜進行改性研究，例如二氧化硅納米顆粒，沸石，碳納米管。納米復合芳香族PA膜通常需要提高其耐氯性，透水率，和防污性能，盡管這些改進通常需要在脫鹽性能上做出權衡。

在最近開發的納米材料中，纖維素納米纖維（CNF）由于其優異的特性和環保特性而引起了極大的關注。它們可以納米級分散在水中，并且是無毒的，具有化學抗性，可生物降解。納米纖維素可用于增強聚合物，改善其機械性能，特別是在不增加復合材料重量的情況下增加楊氏模量。然而，關于使用交聯芳香族PA作為基質結合CNF和纖維素納米晶體（CNC）的納米復合膜的報道很少。

近日，日本信州大學Rodolfo Cruz-Silva課題組合成了用結晶纖維素納米纖維（CNF）增強的芳族聚酰胺（PA）反滲透膜，并研究了其脫鹽性能。與普通PA膜的比較表明，由于CNF表面和PA基質之間的吸引力，CNF的添加降低了基質的遷移率，從而導致形成更堅硬的膜。分子動力學模擬表明，CNF-PA具有更高的親水性，這對于合成的納米復合膜的高透水性至關重要。CNF-PA反滲透納米復合膜還顯示出增強的防污性能和改善的耐氯性。CNF作為制備納米復合芳族PA膜的納米增強材料顯示出巨大的潛力，且該膜具有很長的使用壽命！這項研究工作以“Nanocompositedesalination membranes made of aromatic polyae with cellulose nanofibers: synthesis,performance, and water diffusion study”為題發表在國際著名期刊《Nanoscale》上。

圖1. 合成膜的形態。（a）AFM，普通PA膜的（b）SEM和（c）TEM斷面圖。（d）CNF-PA膜的AFM圖，（e）SEM和（f）斷面TEM圖像

圖2.（a）干燥的PA樣品，（b）干燥的CNF-PA膜，（c）含水的PA和（d）含水的CNF-PA的孔徑分析

圖3. a）PA結構模型，（b）水密度，（c）水擴散系數，以及（d）芳香族普通聚酰胺（PA）膜的聚合物遷移率圖，（e）PA-CNF結構模型，（f）水密度，（g）水擴散系數和（h）聚合物遷移率（僅PA部分）圖

圖4CNF-PA和PA膜的防污性能研究

圖5對于CNF-PA膜和實驗室制得的普通PA膜，在20 ppm的連續氯暴露下，水的滲透率（左實線）和脫鹽率（右虛線）的變化

綜上所述，使用快速氧化的CNF（Tempo-oxidized CNF）來改善芳族PA膜的透水率、防污性和耐氯性，通過將CNF分散在水相中并進行界面合成來進行。CNF-PA膜中CNF的羧酸鈉基團的存在改善了水的擴散速率，而CNF的耐氯性有助于改善膜的抗氯化穩定性。表面粗糙度的略微降低和帶負電荷的TEMPO-CNF的存在改善了防污性能。以上結果表明，CNF-PA膜是一種很有潛力用于海水反滲透淡化膜的材料。

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