工业排放的含有多价金属离子和有毒染料的酸性废水对生态系统和公众健康构成了严重的威胁。高效、环保、可持续净化的纳滤技术由于其合适的孔径（0.5 nm 到 2 nm）被认为是处理酸性废水的理想技术。其中聚氨酯基（PU）材料由于其相对惰性的结构特征和较高的氢键度，表现出良好的耐溶剂性、机械和化学稳定性，在耐酸纳滤方面表现出良好的前景。然而，在传统界面聚合方法制备聚氨酯选择层的过程中，由于剧烈的缩合反应速率选择层孔径分布不均匀；此外，异氰酸酯容易与水相体系发生副反应，产生小分子胺和二氧化碳破坏选择层完整性。因此需要更长的反应时间和更厚的选择层以实现精确的筛分作用，从而导致了通量和筛分效果之间不可避免的“trade-off” 难题。
近日，哈尔滨工业大学教授、英国皇家化学会会士、城市水资源与水环境国家重点实验室成员邵路团队率先提出以多酚单宁酸（TA）作为限速的亲核试剂与二异氰酸酯进行界面缩合，并通过简单的溶剂交换步骤减少缺陷，制备了孔径均匀且选择层厚度仅为10 nm的超薄聚氨酯选择层。实验结果和密度泛函理论（DFT）模拟揭示了单宁酸中酚羟基与异氰酸酯之间动力学控制的亲核加成缩合反应在调节聚氨酯膜的选择层厚度和孔径方面的关键作用。制备的新型聚氨酯复合纳滤膜在通量提高的同时显著增强了对各种染料和重金属离子的筛分性能，成功突破了传统聚合物分离膜的“trade-off”瓶颈问题。此外新型聚氨酯复合膜的高度交联结构使其能够在强酸条件下稳定运行500小时以上，在环境修复和资源回收利用等领域具有巨大的应用潜力。
图为PU膜的制备及孔隙特征(a) PU- TA /TDI纳滤膜的制备示意图;(b)多酚与TDI亲核加成反应的DFT模拟计算;(c)不同酚类化合物制备的PU膜的孔径分布;(d) PU-TA/TDI膜的TEM图像。
该研究成果发表在Science Bulletin上，题目为“ Unprecedented Acid-tolerant Ultrathin Membranes with Finely Tuned Sub-nanopores for Energetic-efficient Molecular Sieving”。哈尔滨工业大学博士生杨帆为论文第一作者，通讯作者为哈尔滨工业大学邵路教授和张艳秋副教授。
Science Bulletin《科学通报》是由中国科学院和国家自然科学基金委员会共同创办的自然科学综合类刊物（即时影响因子20.577）。该工作的发表实现了我校在顶级国产期刊《科学通报》近五年作为第一单位发表article类型收录论文的突破！
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.12.021
邵路教授为英国皇家化学会会士、中国高被引学者，任领域内国际权威期刊Journal of Membrane Science编委、ACS ES&T Engineering顾问编委等职务。团队长期从事膜材料与膜分离的研究，先后在碳捕集气膜、耐有机溶剂分离膜、水处理纳滤/超滤、微滤及特种分离膜方向取得了系列突破性成果。邵路教授以第一发明人获得授权国家发明专利30余项，研究成果在多个企业规模化应用，为习近平总书记“绿水青山就是金山银山”的思想和我国“碳达峰、碳中和”的庄严承诺提供先进的技术支撑。系列工作发表在Science Advances、PNAS、Nature Communications、Matter、Science Bulletin、Engineering、Energy Environmental Science、Journal of Membrane Science、Chemical Engineering Science、AIChE、Advanced Energy Materials、Progress in Materials Science等领域内高水平期刊，SCI引用1万余次，H-index=64。
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