绿色溶剂替代正己烷的理性设计：低共熔溶剂增强海水淡化性能的计算与实验研究

为解决传统正己烷溶剂在薄膜复合膜制备中的环境与安全问题，研究人员创新性地采用DL-薄荷醇-月桂酸低共熔溶剂（DES）作为界面聚合有机相。通过计算筛选和实验验证，发现DES与三甲基酰氯（TMC）的相互作用能（-19.8 kcal/mol）显著优于正己烷（-6.4 kcal/mol），所制备的薄膜复合膜在0.2% MPD和0.5% TMC条件下实现84% NaCl截留率和97%染料截留率，且质量强度和溶剂强度分别降低23%和26%。该研究为可持续膜技术开发提供了绿色解决方案。

　　

全球水资源短缺问题日益严峻，传统海水淡化技术依赖的薄膜复合（TFC）膜制备过程中，正己烷等有机溶剂存在挥发性高、毒性大等环境隐患。如何开发绿色替代溶剂，同时提升膜性能，成为环境工程和材料科学领域的重要挑战。

针对这一难题，巴基斯坦COMSATS大学伊斯兰堡分校（拉合尔校区）化学工程系的研究团队创新性地提出采用低共熔溶剂（DES）替代正己烷，通过理性设计和实验验证，成功开发出高性能可持续TFC膜。相关成果发表在《Results in Chemistry》期刊。

研究采用计算化学与实验相结合的策略：通过高斯软件计算溶剂-单体相互作用能，筛选最优DES配方；采用相转化法制备聚丙烯腈基底；通过界面聚合构建选择性聚酰胺层；利用死端过滤系统评估膜性能；结合FTIR、SEM、AFM等技术表征膜结构。

计算筛选与相互作用分析

密度泛函理论计算显示，DL-薄荷醇-月桂酸DES与TMC的相互作用能达-19.8 kcal/mol，是正己烷体系的3倍。IGMH分析揭示DES通过烷基链范德华力和弱氢键协同稳定TMC，而正己烷仅依赖分散作用。

膜结构与性能优化

FTIR证实DES体系在0.5% TMC时形成完整酰胺键（1697 cm^-1）。SEM显示DES制备的聚酰胺层致密无缺陷，AFM测得表面粗糙度仅1.93 nm，显著低于传统膜（12.1-50.99 nm）。接触角测试表明DES膜亲水性适中（46°-51°），有利于抗污染。

脱盐与污染物截留性能

最优条件（0.2% MPD/0.5% TMC）下，DES膜对NaCl、MgSO₄和亚甲基蓝的截留率分别达84%、93%和97%，水通量保持5.9 L/m²·h·bar。长期测试显示60小时内性能衰减<5%，FRR达81.6%，证实其优异稳定性。

环境效益评估

DES工艺的质量强度和溶剂强度分别为14.31和2.39，较正己烷体系降低23%和26%。DES的生物可降解性和低毒性彻底解决了正己烷的VOC排放问题。

该研究首次系统论证了DES作为绿色溶剂在TFC膜制备中的双重优势：环境友好性与性能提升并存。通过分子设计调控溶剂-单体相互作用，实现了聚酰胺层结构的精确控制，为发展可持续膜技术提供了新范式。未来研究可进一步优化DES粘度与扩散特性的平衡，推动该技术向工业化应用迈进。