引言：正渗透（FO）分离技术因能耗低、抗污染性强，在海水淡化、高盐废水处理等领域潜力巨大。基于电纺纳米纤维的薄膜复合正渗透（TFC-FO）膜因其降低的内浓差极化（ICP）而表现出优异的 FO 效率。提高水通量同时抑制反向盐通量已成为该领域的关键研究重点。

近日，东北师范大学环境学院耿直教授、王驰教授团队等人在《Journal of Environmental Chemical Engineering》期刊发布了题为“High-performance forward osmosis membrane based on coaxial electrospinning CPES/UiO-66-NO2@PES nanofiber support layer”（基于同轴静电纺丝CPES/UiO-66-NO2@PES纳米纤维支撑层的高性能正渗透膜）的最新研究成果。该团队通过同轴静电纺丝技术制备核壳结构纳米纤维膜，并结合界面聚合形成聚酰胺层，成功开发出高性能薄膜复合正渗透膜。这一成果为提升正渗透膜的水通量和降低反向盐通量提供了新策略，进一步推动正渗透技术在水处理等领域的应用。

在该研究中，团队采用高强度 PES 作为核材料，亲水性羧化聚醚砜（CPES）与超亲水性 UiO-66-NO2 纳米颗粒结合作为壳层材料，采用同轴静电纺丝制备具有核壳结构的 CPES/UiO-66-NO2@PES 复合纳米纤维膜，再通过界面聚合（IP）制备 TFC-FO 膜。

独特的核壳结构显著提升了膜性能：高强度聚醚砜（PES）核赋予膜优异的机械稳定性，而亲水性羧化聚醚砜（CPES）壳层辅以高亲水性 UiO-66-NO2 纳米颗粒，促进了 FO 过程中的高效水传输。此外，UiO-66-NO2 纳米颗粒上的硝基官能团通过与胺单体的氢键作用调控 IP 过程，形成超薄聚酰胺（PA）活性层，降低水渗透阻力，从而提高水通量。同时，壳层的亲水性在 IP 过程中聚集了更丰富的胺单体，促进形成致密的 PA 层，有效降低反向盐通量。在以去离子水为进料液、1 M NaCl 为汲取液的 FO 过程中，优化后的 CPES/1.5U@PES-TFC 膜表现出 48.5 L・m⁻²・h⁻¹ 的高水通量和 0.03 g・L⁻¹ 的极低特定反向盐通量。

图3：CPES/0U@PES-TFC、CPES/0.5U@PES-TFC、CPES/1U@PES-TFC、CPES/1.5U@PES-TFC、CPES/2U@PES-TFC膜的(a1)-(e1)表面扫描电子显微镜图、(a2)-(e2)表面山脊和山谷形态扫描电子显微镜图和(a3)-(e3)截面扫描电子显微镜图

 

图4：(a)水通量、(b)反向盐通量和(c)特定反向盐通量的CPES/0U@PES-TFC和CPES/1.5U@PES-TFC膜在FO模式下不同汲取液浓度的情况

 

 

总之，为解决当前基于纳米纤维的 TFC-FO 膜水通量有限和反向盐通量高的挑战，本研究开发了一种具有独特核壳纳米纤维结构和优化材料组成的高性能 TFC-FO 膜。该策略有望为新型功能性 FO 膜的设计和下一代水处理技术的发展提供新的见解和可行途径。值得一提的是，佛山微迈科技研发的多功能型静电纺丝设备E04，在同轴纺丝领域展现出显著优势。该设备具备高度精确的同轴喷头设计和稳定的电压控制系统，能够精准调控内外层溶液的流量与喷射，确保核壳结构的均匀性和稳定性。其智能化的操作界面和灵活的参数设置，可满足不同实验需求，为科研人员提供高效、可靠的实验平台，助力高性能核壳纳米纤维膜的研究开发及应用。

文献来源：https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.117402