在全球追求“双碳”目标和循环经济的大背景下，膜技术作为水处理、气体分离等领域的核心技术，其自身的可持续性问题日益凸显。传统聚烯烃膜材料依赖不可再生石油资源，使用寿命仅3至7年，废弃后多被填埋或焚烧，形成“生产-使用-丢弃”的线性消耗模式。

同济大学王志伟教授、戴若彬副教授团队近期在 《自然·通讯》（Nature Communications） 上发表的一项研究，为这一困境提供了颠覆性解决方案。该团队成功将废弃的聚偏氟乙烯（PVDF）膜通过溶解再浇铸的方式“再生”，再生后的膜不仅性能恢复，其水通量较废弃膜提升五倍以上，甚至在关键指标上超越了用原始聚合物粉末制成的新膜。

性能“反超”的再生奇迹

研究团队从实际运行的膜生物反应器中回收了性能衰败的废弃中空纤维膜。这些废弃膜表面覆盖着大量污染物，结构致密，纯水通量已降至40.5L·m-²·h-¹·bar-¹，对牛血清蛋白的截留率仅为52.2%。

然而，经过简单的溶解-再浇铸过程，再生膜展现出惊人的“蜕变”：其水通量飙升至233.0L·m-²·h-¹·bar-¹，截留率提高至80.4%。更令人意外的是，与用原始PVDF粉末制备的全新参比膜（通量225.9，截留率44.7%）相比，再生膜的综合性能实现了全面超越。

样品类型

此外，再生膜在抗污染性能测试中也表现优异。无论是面对腐殖酸、海藻酸钠还是牛血清蛋白，再生膜的通量下降速度均显著慢于参比膜，展现出更优异的长期运行潜力。

变“废”为宝：污染物与老化竟是“功臣”

这一“青出于蓝”的意外成果，其背后的机理颠覆了传统认知。研究团队深入探究后发现，原本导致膜性能下降的“元凶”——残留污染物和聚合物老化，在再生过程中反而成为了提升性能的“功臣”。

残留污染物的“双重角色”：实验表明，废弃膜中残留的污染物（如蛋白质和二氧化硅）在再生过程中扮演了“成孔剂”和“亲水添加剂”的双重角色。它们能精细调控膜结构，减小孔径并增强亲水性，从而同时提升了通量和截留率。

聚合物“解缠结”的意外之喜：经历了长期运行和化学清洗的废弃膜，其聚合物分子链的缠结密度显著降低。这种“解缠结”状态使废弃膜在溶剂中具有更好的相容性和更低的粘度，有利于形成更均匀的铸膜液。在相转化过程中，聚合物链有更充裕的时间进行重排，从而形成更致密、更有序的分离层。

环境与经济的双重红利

除了性能上的突破，这种再生策略在环境和经济层面同样展现出巨大优势。

同济大学团队的生命周期评估结果显示，相较于传统的线性模式，这种膜再生模式可将二氧化碳当量排放降低38.4%，在所有评估的环境影响类别中均表现更优。经济分析则表明，由于大幅减少了新膜采购和废弃膜处理成本，再生模式的成本可降低75.7%。

这项研究为膜产业的可持续发展提供了全新的思路，预示着未来膜产业可以从“线性消耗”转向“闭环增值”。尽管该技术在面对不同膜材料和带有支撑层的商业膜时仍需进一步优化，但其与现有工业生产线的高度兼容性，使其具备了规模化应用的巨大潜力。

实际上，相关技术的产业化探索已经起步。同济大学团队此前已研发了具有自主知识产权的寿命终点有机膜再生延寿技术“MemPLUS膜力焕新”，该技术能让报废膜再生后寿命延长2年以上，性能与新膜相同，可帮助用户节省50%以上的膜投资和使用成本。

同济大学的这一发现，巧妙地将导致膜性能下降的“罪魁祸首”转化为提升性能的“关键助力”，不仅为膜技术的循环利用提供了科学依据和可行路径，也为全球膜产业向循环经济模式转型迈出了关键一步。

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