基于界面聚合技术的抗污染纳滤膜研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2025-0030

工业水处理 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (11): 19-29. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2025-0030

基于界面聚合技术的抗污染纳滤膜研究进展

陈若桐¹(), 丁晓倩¹, 李琨¹(), 张振波², 王佳璇¹, 韩洪军³, 戴雪峰⁴, 乔胤¹, 赵珍颖¹

^1. 西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安 710054
^2. 陕西省交通环境监测中心站有限公司，陕西西安 710065
^3. 哈尔滨工业大学环境学院，黑龙江哈尔滨 150040
^4. 中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000

收稿日期:2025-04-15 出版日期:2025-11-20 发布日期:2025-11-20
通讯作者: 李琨
作者简介:
陈若桐（2000— ），硕士，E-mail：2371520633@qq.com。
基金资助:
陕西省自然科学基础研究计划项目(2023-JC-QN-0603); 陕西省自然科学基础研究计划项目(2024JC-YBMS-432); 陕西省高校科协青年人才托举计划项目(20230456)

Research progress on anti-fouling nanofiltration membranes based on interfacial polymerization technology

Ruotong CHEN¹(), Xiaoqian DING¹, Kun LI¹(), Zhenbo ZHANG², Jiaxuan WANG¹, Hongjun HAN³, Xuefeng DAI⁴, Yin QIAO¹, Zhenying ZHAO¹

^1. School of Architecture and Civil Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China
^2. Shaanxi Provincial Traffic Environmental Monitoring Center Station Co. , Ltd. , Xi’an 710065, China
^3. School of Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150040, China
^4. China Municipal Engineering Northwest Design and Research Institute Co. , Ltd. , Lanzhou 730000, China

Received:2025-04-15 Online:2025-11-20 Published:2025-11-20
Contact: Kun LI

摘要/Abstract

摘要：

纳滤膜因操作压力低及选择分离性强等优点而被广泛应用于污水处理、饮用水处理、海水淡化、盐湖提锂、工业废水零排放等领域，但膜污染制约了纳滤膜在实际生产中的长周期稳定运行。因此，提高纳滤膜的抗污染性是保证纳滤膜广泛应用的关键。首先基于纳滤膜的主要制备技术——界面聚合技术，综述了通过调控界面聚合过程及开发新型界面聚合技术制备高性能纳滤膜的研究现状。其次简述了纳滤膜在各领域中的应用及膜污染问题。然后，针对纳滤膜污染的问题，从开发新型单体材料、筛选改性材料（包括纳米材料和高分子材料等）、后处理改性技术方面，综述了抗污染纳滤膜制备的研究进展。最后，总结了抗污染纳滤膜在应用过程中面临的问题，并指出今后抗污染纳滤膜的发展方向。

关键词: 界面聚合, 纳滤膜, 抗污染, 膜制备, 膜改性

Abstract:

Nanofiltration membranes are widely used in water treatment, drinking water treatment, seawater desalination, lithium extraction from salt lakes, zero discharge of industrial wastewater and other fields due to their advantages of low operating pressure and strong selective separation, while membrane pollution restricts the long-term stable operation of nanofiltration membranes in actual production. Therefore, improving the anti-fouling properties of nanofiltration membranes is crucial for ensuring the application of nanofiltration membranes. Firstly, starting from the primary preparation technology of nanofiltration membranes, interfacial polymerization technology, the research status of nanofiltration membranes with excellent performance was introduced in detail through the regulation of interfacial polymerization process and the development of new interfacial polymerization technologies. Secondly, the application of nanofiltration membranes in various fields and membrane fouling issues were briefly described. Then, the research progress of anti-fouling nanofiltration membrane preparation was reviewed from the aspects of developing new monomer materials, selecting modification materials (including nanomaterials and polymer materials), and post-treatment modification technology. Finally, the problems faced by anti-fouling nanofiltration membranes in the application process were summarized, and the future development direction of anti-fouling nanofiltration membranes was pointed out.

Key words: interfacial polymerization, nanofiltration membrane, anti-fouling, membrane preparation, membrane modification

中图分类号:

陈若桐, 丁晓倩, 李琨, 张振波, 王佳璇, 韩洪军, 戴雪峰, 乔胤, 赵珍颖. 基于界面聚合技术的抗污染纳滤膜研究进展[J]. 工业水处理, 2025, 45(11): 19-29.

Ruotong CHEN, Xiaoqian DING, Kun LI, Zhenbo ZHANG, Jiaxuan WANG, Hongjun HAN, Xuefeng DAI, Yin QIAO, Zhenying ZHAO. Research progress on anti-fouling nanofiltration membranes based on interfacial polymerization technology[J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(11): 19-29.

https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I11/19

图/表 1

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[70]	DEHGHANPOUR S B， PARVIZIAN F， VATANPOUR V，et al. Enhancing the flux and salt rejection of thin-film composite nanofiltration membranes prepared on plasma-treated polyethylene using PVA/TS-1 composite［J］. Reactive and Functional Polymers，2022，177：105329. doi:10.1016/j.reactfunctpolym.2022.105329
[71]	LEE B， SUH D W， HONG S P，et al. A surface-modified EDTA-reduced graphene oxide membrane for nanofiltration and anti-biofouling prepared by plasma post-treatment［J］. Environmental Science：Nano，2019，6（7）：2292-2298. doi:10.1039/c8en01400k
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材料类别	材料名称	分子式/类别	特点	应用范围	文献
纳米材料	金属及金属氧化物	Ag、Cu及TiO₂、ZnO、Fe₃O₄等	具有良好的杀菌性和亲水性，改善膜的物化性质和分离性	作为改性材料引入NF膜可增强自清洁能力和抗污染性	〔2〕
	氧化石墨烯（GO）	C _x O _y （OH） _z	具有优异的亲水性，机械稳定性良好，片层间距易于调控	用于高性能分离膜的制备	〔56〕
	碳纳米管（CNTs）	单壁碳纳米管（SWCNT）、多壁碳纳米管（MWCNT）	具有较高的机械强度、化学惰性、电导率和优异的水传输能力	作为改性材料引入PA分离层，提高膜通量和抗污染性	〔57〕
	碳量子点（CQDs）		具有优异的光学和荧光性，丰富的羧基和环氧基团使其具有超亲水性，分散性好，不易团聚	作为改性材料可以提高NF膜的稳定性和抗污染性	〔2〕
	金属有机骨架（MOFs）	ZIF-8、UIO-66等	具有高比表面积、丰富的吸附位点，化学性质稳定，孔隙结构可调，可改变膜表面粗糙度，耐有机溶剂	作为改性材料混合在IP过程中制备TFN膜，提高膜的抗污染性。	〔2〕
	共价有机框架（COFs）	COF-105、COF-108等	以多孔晶体形式出现，由共价键连接，高孔隙率，高比表面积，富含氨基，化学稳定性好	作为填充物掺杂在高分子聚合物中，提升膜的耐溶剂性	〔58〕
	MXene纳米片	Ti₃C₂T _x	具有强负电荷性及优异的亲水性，性能可调	作为改性剂广泛用于NF膜改性中，提高海水淡化分离性能	〔59〕
高分子材料	水通道蛋白（AQPs）	AQP1等	分子结构呈假双重对称的沙漏状，具有良好的离子截留能力和选择透过性	作为改性剂用于制备抗污染NF膜	〔60〕
	聚多巴胺（PDA）	C₆H₇NO	制备过程绿色环保，功能性强；表面存在活性官能团（儿茶酚基团等），化学性质稳定	作为一种新型黏附材料，可用于纳滤膜改性和中间层、分离层制备	〔52〕
	壳聚糖（CS）	（C₆H₁₁NO₄） _n	一种从几丁质衍生的天然聚合物，具有良好的选择性、溶剂稳定性和成膜性	是一种性能优异的制膜材料，被用于制备分离膜	〔3〕
	明胶（GT）		表面存在亲水官能团，是一种无毒、可生物降解、价格低廉的生物胶黏剂	可用作GO的交联剂；还可与纳米材料配合进行纳滤分离	〔61〕
	海藻酸钠（SA）	（C₆H₇O₆Na） _n	一种天然多糖，溶解时是阴离子聚合物，具有优异的亲水性、均匀的成膜性和抗污染性	被广泛用于制备复合NF膜的中间层	〔53〕
	超支化聚合物（HBPs）		具有密集的分枝结构和大量的亲水官能团，亲水性好、黏度低且抗污染性好	用于NF膜及分离层的制备	〔62〕
	季铵盐聚合物（QA）		不易挥发、化学稳定性好、抗菌活性高、不易透过NF膜分离层	作为功能材料提高NF膜的抗污染性	〔62〕
其他材料	单宁酸-铁（Fe^Ⅲ-TA）		具有稳定的三维结构，优异的亲水性、黏附性、抗菌性及稳定性等	作为修饰材料提高NF膜的抗污染性	〔63〕
	环糊精（CD）	α-CD、β-CD、γ-CD	内外表面都富含羟基，可提供额外的传输通道和交联位点	作为水相单体制备有机溶剂（OSN）膜，也可作为添加剂提高OSN膜性能	〔64〕
	小分子碳水化合物	糖类、糖醇等	富含羟基，获得方式容易，无毒、无二次污染风险等	用于PE膜制备的环保型材料	〔42〕

材料类别	材料名称	分子式/类别	特点	应用范围	文献
纳米材料	金属及金属氧化物	Ag、Cu及TiO₂、ZnO、Fe₃O₄等	具有良好的杀菌性和亲水性，改善膜的物化性质和分离性	作为改性材料引入NF膜可增强自清洁能力和抗污染性	〔2〕
	氧化石墨烯（GO）	C _x O _y （OH） _z	具有优异的亲水性，机械稳定性良好，片层间距易于调控	用于高性能分离膜的制备	〔56〕
	碳纳米管（CNTs）	单壁碳纳米管（SWCNT）、多壁碳纳米管（MWCNT）	具有较高的机械强度、化学惰性、电导率和优异的水传输能力	作为改性材料引入PA分离层，提高膜通量和抗污染性	〔57〕
	碳量子点（CQDs）		具有优异的光学和荧光性，丰富的羧基和环氧基团使其具有超亲水性，分散性好，不易团聚	作为改性材料可以提高NF膜的稳定性和抗污染性	〔2〕
	金属有机骨架（MOFs）	ZIF-8、UIO-66等	具有高比表面积、丰富的吸附位点，化学性质稳定，孔隙结构可调，可改变膜表面粗糙度，耐有机溶剂	作为改性材料混合在IP过程中制备TFN膜，提高膜的抗污染性。	〔2〕
	共价有机框架（COFs）	COF-105、COF-108等	以多孔晶体形式出现，由共价键连接，高孔隙率，高比表面积，富含氨基，化学稳定性好	作为填充物掺杂在高分子聚合物中，提升膜的耐溶剂性	〔58〕
	MXene纳米片	Ti₃C₂T _x	具有强负电荷性及优异的亲水性，性能可调	作为改性剂广泛用于NF膜改性中，提高海水淡化分离性能	〔59〕
高分子材料	水通道蛋白（AQPs）	AQP1等	分子结构呈假双重对称的沙漏状，具有良好的离子截留能力和选择透过性	作为改性剂用于制备抗污染NF膜	〔60〕
	聚多巴胺（PDA）	C₆H₇NO	制备过程绿色环保，功能性强；表面存在活性官能团（儿茶酚基团等），化学性质稳定	作为一种新型黏附材料，可用于纳滤膜改性和中间层、分离层制备	〔52〕
	壳聚糖（CS）	（C₆H₁₁NO₄） _n	一种从几丁质衍生的天然聚合物，具有良好的选择性、溶剂稳定性和成膜性	是一种性能优异的制膜材料，被用于制备分离膜	〔3〕
	明胶（GT）		表面存在亲水官能团，是一种无毒、可生物降解、价格低廉的生物胶黏剂	可用作GO的交联剂；还可与纳米材料配合进行纳滤分离	〔61〕
	海藻酸钠（SA）	（C₆H₇O₆Na） _n	一种天然多糖，溶解时是阴离子聚合物，具有优异的亲水性、均匀的成膜性和抗污染性	被广泛用于制备复合NF膜的中间层	〔53〕
	超支化聚合物（HBPs）		具有密集的分枝结构和大量的亲水官能团，亲水性好、黏度低且抗污染性好	用于NF膜及分离层的制备	〔62〕
	季铵盐聚合物（QA）		不易挥发、化学稳定性好、抗菌活性高、不易透过NF膜分离层	作为功能材料提高NF膜的抗污染性	〔62〕
其他材料	单宁酸-铁（Fe^Ⅲ-TA）		具有稳定的三维结构，优异的亲水性、黏附性、抗菌性及稳定性等	作为修饰材料提高NF膜的抗污染性	〔63〕
	环糊精（CD）	α-CD、β-CD、γ-CD	内外表面都富含羟基，可提供额外的传输通道和交联位点	作为水相单体制备有机溶剂（OSN）膜，也可作为添加剂提高OSN膜性能	〔64〕
	小分子碳水化合物	糖类、糖醇等	富含羟基，获得方式容易，无毒、无二次污染风险等	用于PE膜制备的环保型材料	〔42〕

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基于界面聚合技术的抗污染纳滤膜研究进展

Research progress on anti-fouling nanofiltration membranes based on interfacial polymerization technology

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[15]	王哨兵, 靖大为. 含盐高有机污染水源的反渗透处理工艺[J]. 工业水处理, 2019, 39(3): 63-66.

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