制药结晶废水通常含有高浓度有价值的活性药物成分和有机溶析剂。目前传统的处理方案虽然在环境无害化方面十分有效，但在资源回收方面较为欠缺。因此，开发新的废水处理工艺，实现结晶废水中高价值组分的多目标回收具备研究价值。
近日，大连理工大学高性能膜与膜耦合过程强化团队在《Journal of Hazardous Materials》期刊上发表了题目为“Pervaporation crystallization for simultaneous organic solvent recovery and induced nucleation from pharmaceutical crystallization wastewater”的论文 (Journal of Hazardous Materials 2025, 496, 139173)。通过水分子的高选择性渗透营造局部过饱和区，同时辅以低表面能垒的亲水膜界面，实现诱导成核。并通过主体流动辅助晶核脱附。通过界面高过饱和-主体低过饱和的组合，获得了适用于作晶种的d = 1.42 μm, CV = 24.45 %的均一小粒径晶体。同时，利用渗透汽化替代原有的精馏技术，低能耗分离乙醇和水，重构现有的医药废水分离治理流程，为类似复杂组成、多目标回收的废水资源化提供了新解决方案与思路。
图文速览
1. 渗透汽化-膜结晶材料的制备与表征
图1膜材料的制备与表征
图2 膜材料的分离机理及性能分析
如图1所示，使用DAPA为水相单体，通过界面聚合制备了渗透汽化材料表现出了较为优秀的水-醇分离性能，并在图2中针对跨膜传质的能量变化进行了分析。由于制备的膜材料中富含羟基，增大了聚合物与水分子之间的相互作用力（图1 e 与 f），这降低了水分子跨膜传质时的活化能（图2 b 和 c），最终提高了选择性。
2. 渗透汽化-膜结晶机理分析
图3 渗透蒸发结晶机理及产物表征
使用谷胱甘肽为模板药物，通过溶液的浊度变化分析了结晶与成核过程。结果显示，在膜界面的辅助下，本工艺有助于在较温和的条件下发生大量成核，从而避免爆发成核，并从动力学角度有利于均匀晶种的生成。
3. 模拟废水的渗透汽化-膜结晶处理分析
图4 模拟废水的渗透汽化-膜结晶过程分析
在渗透汽化-膜结晶过程中，谷胱甘肽的成核和生长降低了模拟废水中的浓度。随着乙醇浓度的增加，结晶器中的溶液沿着两相平衡线变化，这表明在结晶过程中没有明显的过饱和现象（图 4b）。初始的低过饱和度被膜诱导成核所消耗，使得后续晶体在乙醇富集产生的温和驱动力下生长，并防止了二次成核。图 4d 中通过光学显微镜对最终产物的分析显示，平均晶体尺寸 d = 1.42 μm，变异系数 C.V. = 24.45%，表明小晶体分布均匀。这些产物被表征为无团聚的小单晶体产品，适合用作传统结晶过程中的晶种。上清液由于乙醇浓度高（＞90%），也具有作为谷胱甘肽生产的反溶剂的价值，可通过过滤获得。平均晶体尺寸小是由于模拟废水中活性药物成分（API）浓度低，在 PVCr 过程中初始成核后限制了晶体生长。
以上研究成果发表于《Journal of Hazardous Materials》。论文的第一作者为大连理工大学在读博士研究生殷少勤，通讯作者为大连理工大学姜晓滨教授，贺高红教授。该研究得到了国家自然科学基金资助(22378041；22021005)，大连市科技人才创新支持计划（2023RJ001），并感谢大连理工大学仪器分析中心的协助。
作者团队简介
第一作者：
殷少勤
大连理工大学博士研究生
通讯作者：
姜晓滨 教授
姜晓滨，教授，博士生导师，国家级青年人才。现任大连理工大学化工学院副院长，辽宁省石化行业高效节能分离技术工程实验室主任。国家重点研发计划青年科学家项目负责人，基金委创新研究群体核心成员。主要从事膜结晶和化工过程耦合强化研究。在AIChE J、Adv Funct Mater、ACS Nano、Chem. Eng. Sci.、J Membr Sci、ACS Appl Mater Inter、Engineering、Desalination等发表SCI论文80余篇。主持国家重点研发计划青年科学家项目、国家重大科研仪器研制项目子课题、面上项目、“兴辽英才”计划项目、大连市高端人才培养计划、企业研发项目等20余项。授权中国发明专利20余项，授权国际专利3项。
贺高红 教授
大连理工大学教授、博士生导师、化学工程系主任。国家杰出青年基金获得者，教育部“长江学者”特聘教授，享受国务院政府特殊津贴，国家有突出贡献专家，“新世纪百千万人才工程”国家级人选，中国化工学会会士、常务理事，“兴辽英才计划”杰出人才，辽宁省优秀专家、杰出科技工作者，辽宁省教学名师。两次获得国家科技进步二等奖（2018年、2010年）及中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖（2017年、2009年），获得中国石油和化学工业联合会科技创新团队奖、侯德榜化工科学技术奖，中国发明专利金奖，第十五届中国专利优秀奖，2017日内瓦国际发明展览会特别嘉许金奖等。