Desalination綜述｜刺激響應納濾膜的制備和應用

隨著工業化與城市化進程加快，全球面臨日益嚴重的水資源短缺和水污染問題，亟需高效、節能、可持續的水處理技術。納濾膜因其對多價離子和有機物具有良好的選擇性截留能力，同時保持較高的水通量和較低的能耗，已被廣泛應用于水處理、食品加工、制藥和化工等領域。

然而，傳統納濾膜在實際應用中仍面臨膜污染導致的通量下降、選擇性降低、清洗困難等問題，限制了其進一步發展和應用。為克服這些限制，刺激響應型納濾膜應運而生。這類“智能膜”材料能夠感知外界環境（如 pH、溫度、光、電場、磁場、離子濃度等）的微小變化，并通過動態調節膜的孔徑、表面電荷或親疏水性，實現對分離過程的智能調控。刺激響應型膜不僅保留了傳統納濾膜的高通量和選擇性，還具備自清潔、抗污染、可控分離等功能，顯著拓寬了其應用場景和使用壽命，成為近年來膜分離領域的研究熱點。

近期，華北電力大學郭世偉老師，對該領域進行了系統的梳理，綜述總結了刺激響應型納濾膜的研究進展。文章標題為：

"Principles, fabrication, and functional advancements of stimuli-responsive nanofiltration membranes"

發表于Desalination，619 (2026) 119533。DOI號為：10.1016/j.desal.2025.119533。

刺激響應型納濾膜作為新一代“智能膜”，通過引入具有環境響應性的功能材料（如pH敏感聚合物、溫敏高分子、光響應分子、導電聚合物、磁性納米顆粒等），使其能夠感知外界環境（如pH、溫度、光、電場、磁場、離子濃度、CO?、氧化還原狀態等）的微小變化，并動態調控膜的孔徑、表面電荷、親疏水性或結構構象，從而實現對分離性能的智能調控。這種動態響應能力不僅保留了傳統納濾膜的高通量和高選擇性優勢，還賦予其自清潔、抗污染、可控分離、多級分離、分子識別和智能傳感等功能，顯著延長了膜的使用壽命，拓寬了其在復雜水質條件下的適用性。

目前，刺激響應型納濾膜的制備方法主要包括相轉化法、界面聚合法、表面接枝聚合、層層自組裝、過濾沉積、交聯反應以及原子層沉積等，通過這些方法可將響應性材料有效引入膜基體或表面，實現膜結構的功能化設計。研究表明，刺激響應型納濾膜在提高污染物截留率、實現多組分分級分離、增強抗污染性能、拓展操作適應性等方面表現出顯著優勢，尤其在染料/鹽分分離、藥物純化、抗生素去除、重金屬回收、智能流體控制等應用中展現出良好前景。

然而，盡管實驗室研究取得了顯著進展，該類膜在響應速度、循環穩定性、選擇性-通量協同優化、制備成本、規模化制造及極端環境耐受性等方面仍面臨諸多挑戰。未來的研究應致力于開發新型高效響應材料、簡化制備工藝、構建多重響應協同體系、提升長期穩定性和抗極端環境能力，并推動其在實際水處理、資源回收和智能制造等領域的廣泛應用。

研究得到國家自然科學基金項目、河北省自然科學基金項目、中央高校基本科研業務項目的支持。

第一作者 郭世偉 博士

華北電力大學環境科學與工程系，副教授，碩士生導師。2021年畢業于中科院過程所萬印華課題組，師從羅建泉研究員，主要從事分離膜材料和膜過程工藝的科研工作，包括超濾/納濾/反滲透膜的制備和性能調控、智能響應納濾膜的制備與應用、水處理和物料分離中的膜過程工藝研究。主持國家自然科學基金、河北省自然科學基金等多個科研項目，第一作者或通訊作者身份發表SCI論文20余篇，北京膜學會理事，燕趙人才A卡獲得者。B站UP主，粉絲近萬（賬號名稱：科研工作者郭老師）；創辦“環化生材”公眾號，粉絲8k+。

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