薄层复合膜在基于溶剂体系的分离过程中起到重要作用。然而，具有高通量、耐溶剂性以及简单制备工艺的理想基底材料，仍然是其大规模商业化实施的最大瓶颈。

近日，南京工业大学孙世鹏教授团队首次提出了采用溶液静电纺制备聚酰胺酸纳米纤维结合热亚胺化制备不溶性聚酰亚胺纳米纤维基膜的策略，用于制备高性能的耐有机溶剂薄层复合纳滤膜。与常规的非溶剂致相分离法相比，无水静电纺丝工艺避免了前驱体在水中的水解，使基膜的机械强度提高1倍，耐溶剂性也有所提高。与文献相比，所制备的纳米纤维薄层复合膜（TFNC）在水和极性非质子溶剂（如二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和四氢呋喃）中具有较高的溶剂通量、截留率和稳定性，突出了其在有机溶剂回收中的潜在应用。相关研究成果以“Highly solvent-durable thin-film molecular sieve membranes with insoluble polyimide nanofibrous substrate”为题目发表于期刊《Chemical Engineering Journal》上。

图1.通过静电纺丝法和非溶剂致相分离法制备不溶性聚酰亚胺基膜的工艺对比示意图。

图2.在亚胺化之前（a）和（b）之后的纳米纤维基底的SEM图像，其中插入了基底的光学照片和更高倍率的SEM图像。（c）PAA和PI纳米纤维基材的ATR-FTIR光谱。

图3.（a）相转化非对称膜（左）和电纺纳米纤维（右）基膜的SEM断面形貌；（b）膜结构和亚胺化时间对PI亚胺化程度的影响；（c）PAA和PI相转化基膜和纳米纤维基膜的X射线衍射图（XRD）；（d）将PAA纳米纤维亚胺化为具有高度分子取向性的PI纳米纤维；（e）两种基膜的机械性能对比。

图4.（a）层沉积对膜表面水接触角的影响；（b）PIP-TFNC（单PIP-PA层的TFNC），PEI-TFNC（单PEI过渡层的TFNC）和PIP-PEI-TFNC（同时具有PEI过渡层和PIP-PA选择层的TFNC）膜表面的SEM形貌和（c）层沉积过程示意图。

图5. N1s元素XPS光谱和机理图：（a）PEI-TFNC表面；（b）PIP水相沉积后的膜表面和（c）PIP-PEI-TFNC膜表面。

图6.（a）在不同pH值下不同膜层的表面Zeta电位；（b）表面电荷对层沉积过程的示意图。

图7.（a）溶剂渗透率与溶剂性质的关系；（b）PIP-PEI-TFNC膜的孔径分布曲线（内置截留分子量曲线），（c）PIP-PEI-TFNC膜对染料的截留率（进料液：含50ppm染料的EtOH；压力：4.0bar）。

图8.（a）在不同压力下PIP-PEI-TFNC膜的纯水和（b）纯乙醇通量。（c）PIP-PEI-TFNC膜在DMF中的长期稳定性。

现阶段，制造耐溶剂纳滤膜的方法主要利用具有优良加工性能的传统聚合物加湿法交联为主的后处理以提高其溶剂稳定性。湿法交联过程通常消耗大量有机溶剂。随着人们对环境问题的日益关注，需要采取更环保的策略来制备溶剂稳定的基膜。一种有效方法是采用具有固有耐溶剂性的材料制备有机膜，如聚醚醚酮（PEEK）、聚醚醚酮（PEK）和不溶性聚酰亚胺（PIs）等。聚合物的不溶性消除了交联后处理的必要性，但在传统的非溶剂致相分离（NIPS）工艺中，此类材料可加工性较差。此外，由NIPS方法制备的非对称膜由于其死孔结构较多易导致较高的传质阻力。

在这项研究中，我们证明了静电纺丝法是一种制备不溶性聚酰亚胺纳米纤维基膜的优秀工艺。静电纺丝的直接堆积过程避免了相转化过程的二次成型问题，而基于热压法的热亚胺化过程在加工疏松的纳米纤维毛毡的同时，有效地保证基膜在苛刻的有机溶剂中的稳定性。纳米纤维基膜的贯通孔结构为复合膜降低了传质阻力，所得的基于纳米纤维基膜的薄层复合膜在保证截留率的情况下在非质子溶剂中具有良好长期稳定性，在医药、食品和其他工业中具有潜在的应用前景。这项研究可能为基于不溶性聚酰亚胺的高渗透性纳滤膜的设计提供一个范例。

本项目依托于材料化学国家重点实验室，国家特种分离膜工程技术研究中心，由国家青年千人计划、国家自然科学基金等多项基金资助。博士生陆天丹为文章的第一作者；导师孙世鹏教授为通讯作者。

作者简介：

孙世鹏，南京工业大学化工学院膜科学技术研究所教授，博士生导师，入选国家海外高层次人才引进计划（青年）、江苏省杰出青年基金、霍英东青年教师基金、江苏省六大人才高峰（课题组网站：http://www.sun-membrane.com）

主要研究方向：

新型纳滤膜的开发，依托新材料、结构设计和化学改性提升膜性能。在此基础上，优化纳滤过程以及纳滤和其他过程的集成。目前研究方向面向水处理、物料分离等领域的纳滤膜材料及过程。

近期研究进展：

1. X. Ju, J.P. Lu, L.L. Zhao, T.D. Lu, X.L. Cao, T.Z. Jia, Y.C. Wang, S.P. Sun*, Electrospun transition layer that enhances the structure and performance of thin-film nanofibrous composite membranes. J. Membr. Sci. 620 (2021) 118927.

2. Q.C. Xia, W.J. Yang, F. Fan, M. Ji, Y. Wang, Z.Y. Wang, X.L. Cao, W. Xing, S.P. Sun*, Encapsulated Polyethyleneimine Enables Synchronous Nanostructure Construction and In Situ Functionalization of Nanofiltration Membranes. Nano lett. 20 (2020) 8185-8192.

3. M.J. Tang, M.L. Liu*, D.A. Wang, D.D. Shao, H.J. Wang, Z.L. Cui, X.L. Cao, S.P. Sun*, Precisely Patterned Nanostrand Surface of Cucurbituril[n]Based Nanofiltration Membranes for Effective Alcohol-Water Condensation. Nano Lett. 20 (2020) 2717-2723.

4.  T.D. Lu, B.Z. Chen, J. Wang, T.Z. Jia, X.L. Cao, Y. Wang, W. Xing, C. H. Lau* and S.P. Sun*, Electrospun nanofiber substrates that enhance polar solvent separation from organic compounds in thin-film composites. J. Mater. Chem. A 6 (2018) 14977–15416. (Front Cover)