Nanovoids in polyamide rejection layers of thin film composite (TFC) reverse osmosis (RO) membranes are responsible for their characteristic “ridge-and-valley” surface roughness and have profound impact on their separation performance. However, mechanisms leading to these void-containing roughness features remain poorly understood. The current work presents compelling evidence that vaporization of the organic solvent contributes to the formation of nanovoids during the exothermic interfacial polymerization (IP) process. We used a series of alkane solvents with systematically varying chain length and vapor pressure to prepare TFC membranes. Our study revealed that an organic solvent with higher vapor pressure generated more vapor during the IP reaction, which in turn resulted in larger size of the voids in the polyamide thin film and higher membrane water permeability. We further designed a strategy to suppress the vapor effect by preparing polyamide thin films at a free interface. This led to the disappearance of nanovoids and nearly identical membrane permeability regardless of the organic solvent used for the IP process, in good agreement of the weakened confinement to the organic vapor generated by interfacial heating. The current study provides new mechanistic insights to interpret the formation of the voids-containing morphology of TFC polyamide membranes, which would facilitate improved understanding of membrane transport mechanisms and better control of membrane structural features.

薄膜复合材料（TFC）反渗透（RO）膜的聚酰胺排斥层中的纳米空隙是造成其特征性的“脊和谷”表面粗糙度的原因，并对它们的分离性能产生深远的影响。然而，导致这些包含空隙的粗糙度特征的机理仍然知之甚少。当前的工作提出了令人信服的证据，即有机溶剂的蒸发有助于在放热界面聚合（IP）过程中形成纳米空隙。我们使用一系列具有系统变化的链长和蒸气压的烷烃溶剂来制备TFC膜。我们的研究表明，具有较高蒸气压的有机溶剂在IP反应过程中会产生更多蒸气，反过来，这会导致聚酰胺薄膜中较大的空隙尺寸和更高的膜透水性。我们进一步设计了通过在自由界面制备聚酰胺薄膜来抑制蒸汽效应的策略。不管用于IP工艺的有机溶剂如何，这都会导致纳米空隙的消失和几乎相同的膜渗透性，这与对界面加热产生的有机蒸气的限制作用减弱具有很好的一致性。当前的研究提供了新的力学见解，以解释TFC聚酰胺膜的含空隙形态的形成，这将有助于增进对膜转运机制的理解并更好地控制膜结构特征。我们进一步设计了通过在自由界面制备聚酰胺薄膜来抑制蒸汽效应的策略。不管用于IP工艺的有机溶剂如何，这都会导致纳米空隙的消失和几乎相同的膜渗透性，这与对界面加热产生的有机蒸气的限制作用减弱具有很好的一致性。当前的研究提供了新的力学见解，以解释TFC聚酰胺膜的含空隙形态的形成，这将有助于增进对膜转运机制的理解并更好地控制膜结构特征。我们进一步设计了通过在自由界面制备聚酰胺薄膜来抑制蒸汽效应的策略。不管用于IP工艺的有机溶剂如何，这都会导致纳米空隙的消失和几乎相同的膜渗透性，这与对界面加热产生的有机蒸气的限制作用减弱具有很好的一致性。当前的研究提供了新的力学见解，以解释TFC聚酰胺膜的含空隙形态的形成，这将有助于增进对膜转运机制的理解并更好地控制膜结构特征。与对界面加热产生的有机蒸气的限制作用减弱具有很好的一致性。当前的研究提供了新的力学见解，以解释TFC聚酰胺膜的含空隙形态的形成，这将有助于增进对膜转运机制的理解并更好地控制膜结构特征。与对界面加热产生的有机蒸气的限制作用减弱具有很好的一致性。当前的研究提供了新的力学见解，以解释TFC聚酰胺膜的含空隙形态的形成，这将有助于增进对膜转运机制的理解并更好地控制膜结构特征。