近日，浙江师范大学膜法课题组的申利国教授在Water Research期刊发表题为“Molecular Insights in Outstanding Performance of Ca²⁺bridging MXene/Sodium Alginate Composite Membranes (钙离子桥接MXene/海藻酸钠复合分离膜的制备及其卓越性能的分子机制)”的研究论文。Water Research是国际水环境领域的顶尖学术期刊，最新影响因子为11.5。浙江师范大学硕士研究生李华为第一作者，浙江师范大学为第一通讯单位。

   染料/盐废水严重危害环境与健康，其高效分离对资源回收和环境保护至关重要。膜分离技术虽具优势，但受限于膜污染导致的渗透性差、抗污能力弱等问题。二维材料MXene亲水性好但自组装膜稳定性不足。本研究利用海藻酸钠（SA）与Ca²⁺交联，制备新型MXene/SA复合膜。该膜形成稳定的“蛋盒”结构，增强机械性能和稳定性，构建均匀纳米通道，旨在实现高效染料/盐选择性分离，并提升抗污染能力，为解决现有膜技术瓶颈提供新策略。

图1 本文图形摘要

   本文制备的MXene/海藻酸钠（SA）复合膜膜实现了高水通量（270.78 ± 2.06 L·m^-2·h^-1·bar^-1）和对多种染料的优异截留率（≥99.5%），同时保持低盐截留率（< 12%）和高选择性因子S_(EB/NaCl)= 783.1。此外，MXene/SA复合膜展现出优异的化学稳定性和抗污染性能。在不同pH溶液和有机溶剂（乙二醇）中浸泡48小时后，其水下油接触角（UOCA）仍保持在145°以上。过滤腐植酸（HA）和牛血清白蛋白（BSA）后的通量恢复率（FRR）分别达到86.53%和90.52%。研究进一步利用扩展的XDLVO理论阐明了MXene/SA复合膜的抗污染机理。分子模拟和密度泛函理论（DFT）计算结果表明，Ca²⁺诱导的SA分子链规则排列及其强配位作用，使得膜内形成了更致密、更均匀的纳米通道，从而增强了分子筛分效应和截留性能。分子模拟进一步揭示，Ca²⁺主要分布在距离SA约3.06 Å处，具有强结合能（-258.1 kJ/mol）和高配位效率（每个Ca²⁺桥联约1.5个SA单体），这稳定了交联网络并提升了膜性能。本工作为利用高性能分离膜处理含有机污染物废水提供了有价值的研究思路。

   论文链接地址：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124296