过硫酸盐活化高级氧化过程与水下超疏油性协同抗污复合膜用于强化含油废水净化

本研究针对含油废水处理中膜污染严重的问题，开发了一种将过硫酸盐(PMS)活化高级氧化过程(AOPs)与水下超疏油性协同抗污的复合膜。通过在PVDF/PAA共混膜上锚定CoFe2O4/Fe2O3纳米颗粒，实现了对油类、染料和抗生素等多种污染物的高效降解与抗污，通量恢复率达95.4%，为复杂废水净化提供了创新解决方案。

　　

随着工业化进程加快，含油废水对生态环境和人类健康构成严重威胁。膜分离技术因其高效、节能等优势成为废水处理的重要选择，但膜污染问题始终制约其发展。传统超亲水/水下超疏油膜能有效抵抗低粘度/高挥发性油类污染，然而面对高粘度/非挥发性油类以及染料、抗生素等可溶性污染物时，单纯依靠表面润湿性调控显得力不从心。这些污染物会通过静电作用、氢键等与膜产生强相互作用，难以通过简单水洗去除，导致膜通量下降、寿命缩短。

针对这一挑战，中国科学院宁波材料技术与工程研究所杨玉玲等人创新性地提出将高级氧化过程(AOPs)与膜分离技术相结合的策略。研究人员通过在聚偏氟乙烯/聚丙烯酸(PVDF/PAA)共混膜上原位矿化锚定CoFe₂O₄/Fe₂O₃纳米颗粒，构建了具有协同抗污功能的复合膜。该研究成果发表在《Advanced Membranes》上，为复杂废水净化提供了新思路。

研究采用蒸汽诱导相分离技术制备PVDF/PAA基膜，通过控制钴铁比例合成了一系列复合膜。关键技术包括材料表征（XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM）、润湿性测试（接触角测量）、降解性能评估（静态降解实验）以及分离抗污性能测试（错流过滤实验）。特别通过电子顺磁共振(EPR)和电化学分析揭示了反应机理。

3.1. 膜的组成与微观结构

XRD分析证实成功合成了CoFe₂O₄和Fe₂O₃晶体，FTIR显示-COOH转化为-COOFe/-COOCo。XPS表明膜表面存在混合价态的Co和Fe物种，有利于氧化还原循环。TEM显示纳米颗粒尺寸为20-60nm，均匀分布在膜表面和孔道内。

3.2. 膜的润湿性

MFe₃Co₁表现出最佳亲水性（水接触角28.1°）和水下超疏油性（二氯甲烷接触角155.5°），且6小时内保持稳定。低油粘附力（0.5mN）使其能有效抵抗油类污染。

3.3. AOPs中的降解性能

在PMS存在下，MFe₃Co₁对左氧氟沙星(LEVO)的降解效率达97.8%，表观速率常数(k=0.66min^-1)显著高于其他体系。同时能高效降解其他抗生素和染料（效率>97%）。淬灭实验和EPR证实•OH、SO₄•^-、•O₂^-和¹O₂共同参与降解，其中¹O₂起主要作用。

3.4. 分离与协同抗污性能

对甲苯-in-水乳液，MFe₃Co₁通量达1106L·m^-2·h^-1，分离效率99.7%。对高粘度大豆油-in-水乳液，单纯水洗后通量恢复率(FRR)为81.2%，经PMS清洗后提升至96.9%，不可逆污染阻力降至0.1×10¹¹m^-1。对含染料和抗生素的复杂废水，协同抗污机制显著提升抗污性能。

该研究成功构建了兼具水下超疏油性和AOPs功能的复合膜，建立了双重抗污机制：首先通过表面润湿性阻止污染物附着，其次利用催化降解彻底清除污染物。这种协同策略有效解决了传统膜技术在处理复杂废水时的局限性，为开发高性能分离膜提供了新途径。特别是Co-Fe双金属催化剂的协同作用增强了PMS活化效率，同时降低了金属浸出风险，具备实际应用潜力。这项研究不仅发展了膜材料设计新理念，也为废水处理技术的创新提供了重要参考。