深圳大学化学与环境工程学院刘长坤副教授团队在环境领域Chemical Engineering Journal、Journal of Membrane Science等国际著名期刊上发表膜材料及膜分离方向系列研究论文。
正渗透水处理技术因其不需额外的驱动力，具备相对较低的膜结垢趋势和良好的分离选择性而在多种领域受到了广泛的研究和关注。题为《Template-etched sodium alginate hydrogel as the sublayer to improve the FO performance with double barriers for high metal ion rejection》的研究论文由硕士研究生黄薇为第一作者，刘长坤副教授为通讯作者，深圳大学为第一作者单位和唯一通讯单位。该论文发表于国际著名期刊 Chemical Engineering Journal（中科院大类1区，影响因子16.744（接收发表日））。
本论文通过在海藻酸钠溶液（SA）中掺杂进氧化锌（ZnO）纳米材料形成SA-ZnO溶液，与CaCl2溶液通过交联反应形成水凝胶，经刻蚀后进行界面聚合反应形成具有“三明治”结构的新型FO膜。实验结果表明，水凝胶层形成的孔隙结构为水的渗透提供了额外的渗透通道，并增加了皮层与支撑层之间的有效接触面积，使改性膜的水通量达到原始膜的五倍，并实现对重金属96.5%以上的截留率。通过在支撑层上负载多孔水凝胶层结构的方法制备出具有优良性能的FO膜，为制备多功能型FO膜并扩大FO膜的应用提供了一种新颖高效的策略。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127425
典型的薄膜复合正渗透膜（TFC-FO）面临的挑战如浓差极化、结构缺陷、反向盐通量和膜污染等问题限制着正渗透膜的进一步发展。中间层改性作为重要的膜结构优化和提升膜性能的改性策略已广泛应用于TFC-FO膜的制备。题为《Highly permeable forward osmosis membrane with selective layer “hooked” to a hydrophilic Cu-Alginate intermediate layer for efficient heavy metal rejection and sludge thickening》的研究性论文由硕士研究生温辉为第一作者，刘长坤副教授为通讯作者，深圳大学为第一作者单位和唯一通讯单位。该论文发表于国际著名期刊 Journal of Membrane Science（中科院JCR大类1区，影响因子9.5（接收发表日））。
该论文报道了在聚醚砜（PES）基底表面构筑由海藻酸钠（SA）与Cu2+交联形成具有亲水性能增强的水凝胶中间层，在此基础上制备聚酰胺皮层与水凝胶中间层相互融合的TFC-FO膜。实验结果表明，2 M Na2SO4驱动液下，膜水通量（Jw）达到41 LMH，膜对Cu2+、Cd2+和Pb2+的截留率分别为95.6%、98.6%和99.3%，可对初始污泥浓度为1500 mg L-1的污泥废水浓缩至2500 mg L-1。本论文强调了中间层改性对TFC-FO膜在重金属截留、污泥浓缩等领域的扩展应用。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.120247
题为《Crumpled Globule-Heterotextured Polyamide Membrane Interlayered with Protein-Polyphenol Nanoaggregates for Enhanced Forward Osmosis Performance》的研究性论文由副研究员Faizal Soyekwo和硕士研究生温辉为共同第一作者，刘长坤副教授为通讯作者，深圳大学为第一作者单位和唯一通讯单位。该论文发表于国际著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces（中科院大类1区，影响因子9.5（接收发表日））。
该论文提出一种新型的有机-无机纳米颗粒物杂化策略用于构建含有中间层的TFC-FO膜。利用蛋白质-多芬纳米颗粒物与MXene纳米片混合制备出均匀分散的悬浮液（CYC+TA@ MXene）构筑具有丰富介孔结构的中间层，随后在其表面发生界面聚合反应制备TFC-FO膜。结果表明，高孔隙率促进形成具有三维球状外观形貌的致密无缺陷聚酰胺皮层结构，丰富的介孔结构提供了更多的纳米水分子通道，提升了TFC-FO膜的渗透性能。1 M NaCl驱动液下，改性膜的水通量为41.0 LMH（AL-DS模式）。此外，改性膜表面具有独特纹理结构特性可使细胞结构破裂，导致细菌物理损伤，有效抑制大肠杆菌的活性，具有优异的抗菌作用。
全文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c05075
我国新能源行业的迅速发展使得对锂资源的需求快速增长，锂资源主要存在盐湖卤水中，带正电荷的纳滤膜对混合溶液中的镁锂离子具有较好的分离能力。题为《Fouling-resistant ionic graft-polyamide nanofiltration membrane with improved permeance for lithium separation from MgCl2/LiCl mixtures》的研究性论文由研究员Faizal Soyekwo为第一作者，刘长坤副教授为通讯作者，深圳大学为第一作者单位和唯一通讯单位。该论文发表于国际著名期刊 Journal of Membrane Science （中科院大类1区，影响因子9.5（接收发表日））。
本论文合成了一种新型的多季胺基团离子液体（TQAIL），并利用其对聚酰胺活性层（PA）表面改性制备荷正电纳滤（NF）膜，用于Mg2+/Li+分离。结果表明，经过TQAIL改性的膜表现了优异的Li+/Mg2+选择性和高水通量（26.11 L m−2 h−1 bar−1）。分子动力学模拟证实，TQAIL改性产生了纳米尺度异质结构，从而提升膜表面亲水性，增强了膜表面正电荷，降低了渗透阻力。此外，该膜具有良好的抗生物污染性能和优良的抗菌性能。这项研究为使用多侧链小分子膜表面功能化显著提高离子选择性提供了新的见解。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120773
题为《Nanofiltration Membranes Modified with a Clustered Multiquaternary Ammonium-Based Ionic Liquid for Improved Magnesium/Lithium Separation》的研究性论文由研究员Faizal Soyekwo为第一作者，刘长坤副教授为通讯作者，深圳大学为第一作者单位和唯一通讯单位。该论文发表于国际著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces（中科院大类1区，影响因9.5（接收发表日））。
本论文合成了一种新型离子液体单体（DABIL），并将其负载在聚酰胺活性层（PA）上制备荷正电纳滤膜，用于Li+/Mg2+分离。结果表明，经过DABIL改性的PA结构有助于提高膜表面亲水性，增大膜孔结构并增强Donnan效应。分子动力模拟证实，水和多官能团之间的相互作用能的差异决定了表面性质。与未改性的膜相比，经过DABIL改性的膜的水通量提高了6倍，优于近几年报道的荷正电纳滤膜，Li+/Mg2+选择性达到26.49，表明该膜具有选择性分离锂的潜力，并具备有效的抗菌性能。该论文建立的离子液体功能化薄层复合膜分离方法是一种可以实现锂资源回收的潜在应用技术。
全文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c03650
题为《Superhydrophobic-slip surface based heat and mass transfer mechanism in vacuum membrane distillation》的研究性论文由博士后刘军为第一作者，刘长坤副教授为通讯作者，深圳大学为第一作者单位和第一通讯单位。该论文发表于国际著名期刊 Journal of Membrane Science（中科院大类1区，影响因子9.23（接收发表日））。
本论文提出了新观点来建立表面参数（包括水接触角和表面粗糙度）与传热传质过程之间的桥梁。在疏水膜聚偏氟乙烯（PVDF）（WCA=124°）的基础上，通过表面改性制备了一种超疏水PVDF膜（WCA=162°），随后在真空膜蒸馏（VMD）过程中对两种膜进行测试，并构建了基于两种膜的模拟模型，以比较膜的性能和传热传质特性。结果表明，超疏水表面存在滑移流动，超疏水膜的渗透通量高于原始PVDF膜，VMD工艺的传热阻力主要集中在膜层上。本论文建立的理论模型与实验值吻合较好，水接触角可以显著提高膜表面的进料流速，显著提高了传热系数，使渗透通量显著增加。超疏水膜的渗透通量不受极化现象的限制，表明超疏水膜在膜蒸馏应用中具有巨大的优势。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118505
