反滲透（RO）膜用于工業廢水處理時壽命只有幾個月，而用于海水淡化則需要幾年，這大大增加了RO的維護成本。

2025年1月3日，天津工業大學胡云霞研究員團隊在國際頂級期刊Nature Water發表題為《Methylation of reverse osmosis membrane for superior anti-fouling performance via blocking carboxyl groups in polyamide》的研究論文，秦一文博士和齊鵬飛博士為論文共同第一作者，胡云霞研究員為論文通訊作者。

胡云霞，研究員，天津工業大學教授，博士生導師，分離膜與膜過程國家重點實驗室副主任，北京膜學會副秘書長。2004年在天津大學獲碩士學位，2010年在美國麻省理工學院獲博士學位，師從Thomas Russell院士和Todd Emrick教授。曾入選國家海外高層次人才、中國膜科技中青年突出貢獻專家、天津市引進領軍創新人才、山東省泰山產業領軍創新人才等。

胡云霞研究員長期從事面向環境、海洋、生物、化工等領域應用的分離膜材料的設計、合成、產業化制備等研究。

秦一文，天津工業大學博士。研究領域為分離膜與膜過程，重點開展耐污染聚酰胺反滲透膜的表面構建及耐污染機制研究。

齊鵬飛，天津工業大學博士。研究領域為膜污染過程，主要通過分子動力學模擬及量子化學模擬研究聚酰胺反滲透膜結構對其耐污染性能的影響。

為了提高RO膜的分離和防污性能，從而延長RO膜的使用壽命，作者開發了一種創造性的策略，通過在界面聚合過程中將氣態二甲胺分子接枝到RO膜的聚酰胺（PA）上以實現其甲基化。

二甲胺接枝的RO膜實現了3.84 L?m^?2h^?1bar^?1的高水滲透系數和99.05%的高NaCl截留率，并對小有機帶電污染物表現出前所未有的防污性能，超過了其他報道的防污膜和著名的商用防污RO膜（DuPont FilmTec Fortilife CR100）的上限閾值。

實驗結果和分子動力學模擬結果均表明，與原始PA相比，甲基化PA對小帶電有機污染物的吸收能力更弱，降低了污染物的面密度和堆積松散程度，并且在PA內部的穿透深度更淺。

作者的工作表明，避免污染物滲透到 PA 內部并防止污染物堵塞PA孔對于提高RO膜的抗污染能力至關重要。

這項工作利用分子動力學模擬從分子水平對RO膜污染機制提出了新的看法，并開發了一種簡單有效的甲基化方法來增強RO膜對小帶電污染物的抗污染性。

圖1：DMA改性反滲透膜的制造和表征

圖2：膜表面形態、表面特性和分離性能

圖3：原始和DMA改性RO膜的防污性能

圖4：QCM-D監測帶正電和負電的小污染物（包括SDS和DTAB）在原始PA和DMA-PA上的吸附行為以及吸附餅層的特性

圖5：DMA接枝PA和原始PA上DTAB吸收的分子動力學模擬

圖6：原始PA表面和DMA接枝PA表面吸收并滲透到兩種PA內部的DTAB和SDS的側面圖

綜上，作者開發了一種創造性的策略，將反滲透膜甲基化，實現了高水滲透率（3.84 L m^-2h^-1bar^-1）和高NaCl去除率（99.05%）的卓越分離性能，并且對小有機帶電污染物具有前所未有的抗污染性能，嚴重威脅到用于廢水處理的反滲透膜的使用壽命。

通過將氣態DMA分子接枝到PA上，實現了反滲透膜的甲基化，DMA接枝率高達38.6%，遠高于其他分子接枝到反滲透膜上的接枝率（4.5-20.8%）。結果表明，甲基化后的PA羧基較少，并且在受到SDS和DTAB污染時表現出優異的抗污染性能，通量下降較少，而在用水沖洗清潔時通量回收率高。

當被DTAB污染時，顯著提高的通量維持比，以及在清洗掉DMA接枝膜后的SDS和通量回收率，都超過了之前報道的防污反滲透膜和著名的商用防污反滲透膜（DuPont FilmTec Fortilife CR100）的上限閾值。

作者的模擬結果表明，帶正電荷的表面活性劑DTAB與帶負電荷的PA羧基之間的電子吸引力是使DTAB滲透到PA內部并造成堵塞的原因，從而造成較大的通量損失。DMA接枝大大減少了PA上羧基的數量，從而削弱了DTAB與DMA接枝PA的相互作用，從而實現了DTAB在PA上的淺滲透，DTAB在PA上的吸收較少，并獲得了低通量下降的防污性能。

研究表明，避免污染物在PA內部的滲透和防止污染物堵塞孔道是提高反滲透膜抗污染性能的關鍵。通過分子動力學模擬，從PA和污染物的分子水平對反滲透膜的污染機理提供了一個新的視角，這對于開發出實際應用的抗多種污染物的反滲透膜會是一個啟發。

反滲透膜的甲基化已被證明是一種簡單而有效的策略，可以提高反滲透膜對各種帶電污染物的抗污能力，在未來的實際應用中具有很好的潛力。

Qin, Y., Qi, P., Hao, S. et al. Methylation of reverse osmosis membrane for superior anti-fouling performance via blocking carboxyl groups in polyamide.?Nat Water?(2025).?