选择性与渗透性是评价分离膜分离性能的两个重要指标。然而，他们之间存在着“Trade-off”效应，选择性的提升伴随而来的是渗透性的损失，反之亦然。与众多通过改变膜化学性质方式提升分离性能的研究工作不同，杭州师范大学由吉春教授团队近年来发展了“构筑多级孔结构以解决Tarde-off效应”的新策略，团队利用静电纺丝技术(J. Membr. Sci. 2018, 563, 762-767）、结晶模板及不相容体系相分离等手段（J. Membr. Sci. 2020, 604, 118040、Appl. Surf. Sci. 2021, 566, 150673），成功构筑了多种具有多级孔结构的聚合物分离膜，其分离性能得到了巨大提升。然而，多级孔结构的设计和构筑策略仍需拓展，其分离性能提升机制仍需进一步阐释。

  近期，杭州师范大学由吉春教授联合广东工业大学丁明明教授，利用有限元模拟手段与多级孔材料设计相结合的方式，获得了高通量/高截留分离膜，并对其通量提升机制进行了系统研究。有限元模拟结果显示（如图1），纳米连续贯通孔的加入使薄膜中存在三种可供流体通过的孔道，分别为微米连续贯通孔（C1）、纳米连续贯通孔（C2）以及二者组合形成的混合孔道（C2）。一方面，C2与C3的存在显著缩短了流体的传输路径，提高了微米连续贯通孔（C1）中的液体流速；另一方面，C3的存在增加了额外的传输通道。在模拟研究的基础上，团队基于PVDF/PMMA/PLLA三元共混体系中结晶/相分离等复杂相行为（如图2），成功制备了纳米/微米多通道分离膜（如图3），相比于参比样品（仅含有微米孔道），其通量可由~100 L m^-2h^-1提升至~360 L m^-2h^-1，并对油包水乳液保持了99.8%的截留效率，实现了在保持截留效率的同时，大幅提升通量的效果。

 图1. 单级孔薄膜与多通道多级孔薄膜内的传质情况模拟

 图2. 多通道多级孔膜形成机制

图3. 多通道多级孔薄膜（a-e）与单级孔道薄膜（f-g）结构表征图

  以上研究成果近期以“Hierarchically porous membranes with multiple channels: Fabrications in PVDF/PMMA/PLLA blend and enhanced separation performance”为题在Journal of Membrane Science (2022, 643, 120065)发表。该工作的第一作者为中科院上海应用物理研究所与杭州师范大学联培合培养博士生王佳耀，通讯作者为杭州师范大学由吉春教授及广东工业大学丁明明教授，该工作获得了国家自然科学基金(51973048)的支持。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.120065