膜科学技术涉及材料、化工、环境等多学科领域，其已成为解决人类面临的能源、水资源、环境等重大问题的共性支撑技术之一，膜分离技术及其推广应用在一定程度上反映一个国家过程工业、能源利用和环境保护的水平。本项目针对功能膜结构-性能的构效关系与调控、以及新型多功能复合膜的制备和应用中所涉及的共性基础理论问题进行了开拓性研究。主要研究成果包括：1、揭示了纳米粒子调控膜结构-性能的影响机制以纳米SiO2、TiO2为研究对象，采用相转化法制备聚偏氟乙烯基纳米复合膜，研究表面修饰、原位合成等方法改善纳米颗粒在膜中的分散性能，并通过调节纳米颗粒与膜材料分子链之间的相互作用来优化膜的综合性能，提高膜的分离性能和耐污染性能。从微观分子角度揭示膜结构的形成过程和性能提升机理，为开发高效的纳米复合膜提供理论指导和实践案例。2、揭示了纳米颗粒填充结合多重结构成型控制优化膜表面结构和性能的作用机理采用将纳米填充与多重成膜过程机理相结合深入优化膜的表断面结构。以纳米TiO2为填料，与蒸汽诱导/非溶剂诱导相分离过程相结合，制备聚醚砜-TiO2中空纤维共混超滤膜，优化并改善其综合性能。3、揭示了无机纳米颗粒高温反应调控中空纤维陶瓷膜微纳结构及其理论基础依据Al2O3-SiO2和Al2O3-高岭土体系在高温下的反应，利用相转化法和原位反应烧结法相结合制备中空纤维陶瓷膜。研究了陶瓷膜制备工艺参数、分散体系内颗粒间相互作用等对膜微纳结构形成过程的影响，为中空纤维陶瓷膜的制备及在高温分离与反应应用中提供了理论指导，拓展了分离膜的应用领域。4、建立了静电纺丝法结合化学修饰调控超疏水膜微纳结构的方法将静电纺丝与膜制备技术相结合，制备PVDF/PTFE超疏水纳米纤维复合膜以及采用化学改性制备疏水性PVA纳米纤维膜。利用纳米纤维的微孔结构和分离功能，提升了传统膜蒸馏的通量和盐截留率，可应用于苦咸水和海水淡化及高含盐废水处理，为新型高效功能分离膜的制备提供了新思路。5、基于纳米颗粒引入界面聚合中可控制备高效混合基质纳滤膜的机理采用界面聚合法制备高性能纳滤膜(孔径0.5~2nm)过程中，率先引入纳米颗粒结构，对界面聚合过程中膜的微观分子聚集结构进行调节，实现同步优化混合基质纳滤膜的截留性能和渗透性能，为提升纳滤膜的综合性能提供了新思路。项目第一完成人被《SCIE》数据库收录SCI论文190余篇，总被引次数为3610次。其中，8篇代表性论文SCI总被引次数为1069次，总他引次数为995次。8篇代表性论文中2篇入选ESI高被引用论文，2篇他引超过300次，单篇最高他引329次。培养硕士75名，博士30名。项目第一完成人2014-2018连续5年年入选爱思唯尔(Elsevier)化学工程学科中国高被引学者榜单。本研究理论指导下制备的相关功能膜及构件已广泛应用于水处理领域，获得了良好的社会与经济效益。