[01283406]海水淡化高效膜材料制备及膜集成关键技术研究

海水淡化是解决水资源短缺的重要战略手段，其中膜法海水淡化是最为经济实用的主流技术。

实现海水淡化低能耗、环境友好，是膜法海水淡化可持续发展的核心目标，而实现这一目标的关键在于高效分离膜和环保型膜集成技术。

然而，分离膜的渗透性-选择性间博弈效应、膜污染、低效传统预处理工艺是阻碍当前膜法海水淡化技术发展的卡脖子问题。

本项目紧密围绕上述瓶颈问题，系统开展了“大通量-高选择性膜材料制备”、“高抗污染膜材料制备”和“膜集成预处理工艺”研究，主要科学发现如下：

1.大通量-高选择性膜材料制备的突破：首次提出了基于强水稳定性共价有机框架（COFs）的混合基质膜的构建思路，开拓了COFs在水处理领域的应用；阐明了COFs参与条件下瞬时相分离成膜机理，和COFs对膜结构和分离性能的调控机制，实现了水通量和截留率的同步提升，突破了传统聚合物膜的渗透性和选择性间博弈效应。

自主研发了“氯蚀-表/界面自组装”分步膜表面改性方法，发现了氯蚀对后续表/界面自组装的贡献，阐明了氯蚀对膜表面性质和分离性能的调控机制，攻克了传统膜表面涂层改性导致水通量严重降低的难题。

上述研究成果为国内外高效分离膜材料制备提供了设计思路和依据。

2.高抗污染膜材料制备的突破：提出了以“天然防污活性物质”为抗污核心的高抗污染分离膜的构建思路，在面向海水淡化过程的系列高抗污染分离膜方面进行了开创性工作。首次阐明了天然防污活性物质与膜材料间协同作用，建立了天然防污活性物质与膜结构、抗污染性能的关联模式，为高抗污染膜材料制备提供了设计依据和理论支持；建立了将天然防污活性物质有效引入膜材料，并适合工程化的新手段，获得了较成熟的工程化制膜工艺及参数，实现了分离膜对海水等高盐水体的优异分离和长效抗污染双重性能。上述研究成果为国内外高抗污染分离膜材料及制备技术开辟了新途径。

3.膜集成预处理工艺的提出及系列研究：提出了基于超滤、纳滤的新型膜集成预处理工艺路线。

在国内率先完成了超滤、纳滤预处理系统的技术、经济、环保可行性中试研究;首次将陶瓷无机膜应用于超滤预处理系统中，针对膜污染问题，建立了广谱的细化串联阻力模型及相应污染阻力测定方法，首次阐明了各污染阻力在海水淡化过程中转化及贡献;归纳了运行工况条件对超滤分离效率和膜污染的影响规律，进而建立了超滤对整体海水淡化效率的调控手段，实现了膜集成海水淡化工艺的绿色化、高效化、节能化和集约化，大大推动了膜集成预处理工艺在海水淡化领域的实际应用。

本项目主要研究成果发表在Journal of Membrane Science等本领域国际顶尖学术期刊，8篇代表性论文均为JCR一区，被Chemical Society Reviews、Advanced Materials等国际顶级TOP期刊引用。欧洲膜协会主席Bart Van der Bruggen教授等在ChemicalSociety Reviews（影响因子40.443）上大篇幅正面引用并肯定了本成果发现的新型膜材料及分离性能。

上述研究属于海水淡化及膜分离科学领域的前沿，对国际高性能新膜材料及海水淡化技术发展起到了引领作用，并有着非常重要的应用前景。