清洁水短缺正威胁着全球20多亿人的健康。随着人口的不断增加，这一状况将进一步恶化。高渗透通量膜在解决能源和水危机方面发挥着重要的作用。聚酰胺薄膜复合膜（TFCMs）基准材料在水处理膜分离市场中占主导地位。由于水的传输速率与膜的厚度成反比，所以这种传统膜表现出中等的水渗透通量。超薄膜可以提高水的渗透通量，但是存在制备工艺复杂和成本高等缺点。目前通过简单的方法制得超高渗透通量的较厚薄膜仍然具有挑战性。
北京工业大学的安全福和华中科技大学赵强（共同通讯作者）等人通过简单的化学改性的方法实现了在不降低滤膜厚度的条件下，制得亲水性强和水渗透通量超高的净水膜，为制备高通量膜提供了范式转移。相关研究成果以题“Antibacterial Polyamide Composite Membranes with Unreduced Thickness”发表在《Advanced Materials》上。
该工作中，利用廉价的四(羟甲基)氯化磷（THPC）直接改性聚酰胺复合膜。虽然改性膜的厚度增加了40nm，但是水渗透性提高了6倍，渗透通量比现有聚合物纳滤膜高一个数量级。同时，在错流条件下，该改性膜表现出良好的脱盐性和抗菌性。THPC改性聚酰胺膜不仅改善了膜的亲水性，还在膜中创建了可无阻碍传输水的通道。
图文解析
超高通量滤膜（PIP-TMCTFCM）制备方法是在聚砜支撑膜上进行了哌嗪（PIP）与均苯三甲酰氯（TMC）的界面聚合反应，制得PIP-TMC TFCM。将THPC水溶液（5 wt％）倒入新鲜制备的PIP-TMC TFCM（未干燥）中，并保持10分钟。通过FTIR和XPS等方式证实了羟基和酰基发生了酯化反应（图1）。
此外，THPC-5 TFCM 对二价阴离子的截留率高，对Na2SO4和MgSO4的截留率分别为98.4％和93.8％。此外，THPC-5膜对离子选择性（Cl–/SO42-）的计算值为48，这是聚酰胺TFCMs的最高值之一。当Na2SO4浓度从1000 ppm增加到7000 ppm，THPC-5 TFCM对盐的截留率仍然高于 97.5％，表明THPC-5TFCM也适用于浓盐溶液（图2）。
浓度分别为1和3 wt%的THPC改性PIP-TMC 制得了THPC-1TFCM和THPC-3 TFCM。相比未改性前的膜，改性后膜的水通量和自由体积均增大，且随着THPC浓度的增加，改性膜的水通量和自由体积增加，这得益于相对较大的磷原子半径和THPC分子独特的四面体结构，它们均会增加自由体积腔。此外，THPC分子具有出色的水结合能力，可增加膜的亲水性。总的来说，THPC改性尽管增加了膜的厚度，但创建了额外的分子通道，可无阻碍地传输水（图3）。
通过循环两次处理分别含有BSA和海藻酸钠水时，该膜的通量恢复了高于85%；循环处理武汉东湖水两个周期后，通量恢复率高达92%。此外，肠杆菌（革兰氏阴性）和金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性）与THPC-5膜接触2小时后被有效杀死，表明THPC-5 TFCM优异的抗污性和抗菌性。
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