有机溶剂纳滤技术能够在有机溶剂体系中实现分子级别的分离、纯化和浓缩，显著提升了化工、制药、石油和新能源等行业生产效率和产品质量。随着工业溶剂体系的体量及复杂性日益增加，对纳滤膜材料的结构及性能提出了更高的要求。聚酰胺薄层复合膜因其制备简便、高选择性、机械强度高等优势，已成为纳滤膜的主流材料。然而，传统界面聚合法制备的聚酰胺膜通常存在膜层厚且结构致密、亲水性过强等问题，导致其对极性溶剂的渗透性能不足，尤其难以进行非极性溶剂体系的高效分离，严重制约了其在复杂工业环境下的使用范围及发展潜力。究其原因，传统水/烷烃界面聚合过程中存在如下局限性：单体扩散难以控制、反应速率过快、酰氯水解副反应不可避免，导致生成的聚酰胺层厚度较大且结构不均匀；仅水溶性胺类单体适用，制约了聚酰胺膜在亲疏水性调整和微结构优化方面的灵活性。

  有鉴于此，东华大学武培怡/吴慧青团队报道了一种“三合一”创新策略，旨在构建超薄微孔两亲性聚酰胺膜，同时实现超高的广谱溶剂渗透性和精细的分子筛分能力。该策略主要包含三个核心点：1）单体分子设计：采用带有二苯醚基团的二胺单体，在聚酰胺层中构建亲水/疏水平衡的两亲结构，形成分别利于极性和非极性溶剂传输的类双通道，实现广谱溶剂的高效渗透。2）聚合物结构优化：在聚酰胺网络中引入非平面扭曲结构，增强膜的微孔性和孔道互联性，显著提升溶剂渗透率。3）界面聚合过程调控：使用低共熔溶剂替代水作为反应介质，不仅允许非水溶性胺单体的使用，且能通过调制低共熔溶剂的组成及性质来精细调节界面性质和反应环境，实现对界面聚合过程的有效控制。

  2025年9月25日，相关研究成果以“Microstructure engineering of polyamide membranes for ultrafast polar and non-polar solvent transport”为题，发表在《Nature Communications》上。东华大学化学与化工学院青年教师吴慧青博士为第一作者和共同通讯作者，武培怡教授为论文的共同通讯作者。

  设计使用高活性的非平面结构的4,4’-二氨基二苯醚（ODA）作为胺单体，该单体难溶于水，但可溶于胆碱氯化物-乙二醇形成的低共熔溶剂(DES)。该DES体系具有与环己烷形成稳定界面、高粘度和与ODA存在强氢键作用等特点，能有效减缓ODA的扩散速率，抑制马兰戈尼效应，并完全避免了酰氯水解副反应。在反应机理上，该DES/环己烷体系呈现与传统水/烷烃体系相反的单体扩散方向与反应位置（TMC从环己烷相向DES相扩散，反应在DES侧进行）。反应75秒后，可获得约12 nm聚酰胺超薄膜层。SAXS分析显示薄膜具有分级多孔结构，存在纳米尺度的相分离。气体吸附和分子动力学模拟均证明，ODA/TMC膜具有显著增强的微孔性，其比表面积和自由体积分数均远高于传统MPD/TMC膜。

图1. ODA/TMC聚酰胺膜的制备与表征

图2. ODA/TMC聚酰胺复合膜的形貌及表面性质

图3.膜的纳滤性能

  ODA/TMC膜中的溶剂传输是一个复杂过程，通过串联阻力模型理论模型和分子动力学模拟进行深入解析。利用Dagan模型分析发现，对于此类超薄致密膜，虽然孔道内部阻力占主导，但入口阻力的影响不容忽视。Lucas-Washburn方程则揭示了正向的毛细管驱动力可降低膜的溶剂分子入口阻力，提升传输效率。模拟结果显示正己烷在膜中的传输速率快于甲醇，与实验测试结果一致。

图4. 膜的溶剂传输行为

  该研究工作得到了国家自然科学基金以及国家先进印染技术创新中心项目的支持。东华大学张朋飞研究员、汤清晨博士研究生和德国于利希中子散射中心(JCNS)吴宝虎博士分别在MD分析、TEM表征和SAXS分析测试方面提供了帮助。

  论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63663-0