Retention Mechanisms of Sub-Pore-Size Molecules in Semipermeable Membranes

LAN Zheng-rong

doi:10.14028/j.cnki.1003-3726.2026.25.360

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Retention Mechanisms of Sub-Pore-Size Molecules in Semipermeable Membranes

更新时间：2026-04-30

- Retention Mechanisms of Sub-Pore-Size Molecules in Semipermeable Membranes
- Polymer Bulletin Vol. 39, Issue 5, Pages: 793-798(2026)
- 作者机构：
  
  宁夏大学化学化工学院　银川 750021
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.14028/j.cnki.1003-3726.2026.25.360
  CLC：
- Received：09 December 2025，
  
  Accepted：05 February 2026，
  
  Online First：09 April 2026，
  
  Published：20 May 2026
- 稿件说明：
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兰政融. 亚孔径分子在半透膜中的截留机制. 高分子通报, 2026, 39(5), 793–798.

Lan, Z. R. Retention mechanisms of sub-pore-size molecules in semipermeable membranes. Polym. Bull. (in Chinese), 2026, 39(5), 793–798.
兰政融. 亚孔径分子在半透膜中的截留机制. 高分子通报, 2026, 39(5), 793–798. DOI： 10.14028/j.cnki.1003-3726.2026.25.360.

Lan, Z. R. Retention mechanisms of sub-pore-size molecules in semipermeable membranes. Polym. Bull. (in Chinese), 2026, 39(5), 793–798. DOI： 10.14028/j.cnki.1003-3726.2026.25.360.

摘要

系统考察了半透膜选择性透过机理与实验现象间的差异。现有理论难以解释为何众多小分子溶质在理论上可透过半透膜，却在实践中被意外截留。通过计算常见有机物的流体力学直径并与醋酸纤维素膜孔径对比，证实即使满足尺寸透过条件，意外截留现象仍普遍存在。在确认此异常截留现象普遍存在的基础上，进而提出2种潜在机制假说以阐释其成因：(1)分子间成团效应

溶质分子在膜孔道内或进孔前可能因分子间作用力(如氢键、疏水相互作用)发生聚集，形成动力学尺寸大于膜孔径的临时性或稳定性聚集体；(2)膜孔道动态堵塞效应

特别是对于长链化合物，其分子链可能在膜孔道内发生缠绕、吸附或架桥，从而物理性地缩小或阻塞传输通道，改变膜的有效过滤性能。为验证上述假说，设计并进行了4组验证性实验。实验结果表明，分子成团与孔道堵塞证实为导致意外截留现象的关键机制。值得注意的是，研究确认长链化合物在膜孔径内引发的堆叠与吸附是水体处理应用中造成半透膜污染(膜污染)的一个主要成因。此发现将异常截留现象与实际应用中的膜性能衰减问题建立了直接联系。

Abstract

This study systematically investigated the anomalous retention of small-molecule solutes during semipermeable membrane filtration. Experimental results confirm the widespread occurrence of this phenomenon

even when the hydrodynamic diameters of the solutes are smaller than the nominal membrane pore sizes. Two underlying mechanisms have been proposed and validated: (1) molecular agglomeration

via

intermolecular interactions (

e.g

hydrogen bonding)

which forms larger clusters that hinder permeation

and (2) dynamic pore blockage caused by the adsorption and stacking of long-chain compounds within the pores. Both mechanisms were identified as key contributors to unexpected solute retention. These findings directly link the fundamental filtration behavior to practical membrane fouling

offering important insights into the understanding and design of membrane separation processes.

关键词

Keywords

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