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纺织业废水排放的染料及无机盐污染严重，现有处理方法存在局限。研究人员开发纳米颗粒插层与原位结晶策略，制备 MIL-100 (Fe)@GO（MGO）膜。该膜水渗透通量高、染料截留率优、稳定性强，为染料脱盐应用带来希望。
在当今时代，纺织业蓬勃发展，然而其背后却隐藏着严重的环境问题。每年，约 280,000 吨纺织染料随着纺织工业废水被排放到环境中，这一数据占全球工业水污染的 20%。这些废水中的有机染料不仅破坏生态环境，还加剧了全球水资源短缺的困境，严重阻碍了可持续发展的进程。更棘手的是，纺织加工过程中常用的 NaCl、Na?SO?等无机盐会残留在废水中，影响有机染料的生物降解效率。因此，实现废水中有机染料和无机盐的高效分离迫在眉睫。
在众多处理方法中，松散纳滤技术因其低碳环保、节能高效且具备纳米级孔隙的特点，展现出处理含盐染料废水的巨大潜力。二维氧化石墨烯（GO）膜，以其单原子厚度和可调节的层间距，成为构建能够快速离子传输且截留有机染料的理想选择。众多研究聚焦于调整 GO 膜的层间距，虽在通量和分离效果上取得一定成果，但 GO 纳米片的固有柔韧性使得膜在长时间压力操作下通量迅速下降，极大地限制了其实际应用。此外，将无机纳米颗粒插入 GO 膜虽能提升渗透性和压力稳定性，但传统物理混合法易导致纳米颗粒团聚、分布不均，影响分离性能。
为攻克这些难题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们提出了一种将纳米颗粒插层与原位结晶相结合的策略，旨在增强 GO 膜的层间距和微观结构稳定性。研究人员首先让氢氧化铁纳米颗粒均匀分散在 GO 纳米片之间，以此扩大层间距，随后通过原位转化，将这些纳米颗粒转变为刚性多孔的 MIL-100 (Fe) 纳米颗粒，并精准定位在 GO 膜的缺陷区域和层间空间。
该研究成果发表在《Desalination》杂志上，意义重大。通过这一策略制备的 MIL-100 (Fe)@GO（MGO）膜性能卓越，水渗透通量可达 89.4 LMH/bar，相比 GO 膜提升了 22 倍；对甲基蓝（MB）的截留效率高达 98.8%，而对 NaCl 的截留率低于 5% 。更为关键的是，MGO 膜在错流操作下稳定性极佳，高压下渗透通量不下降，在不同 pH 条件下化学性质稳定，还具备长期运行稳定性。这一成果为染料脱盐领域带来了新的突破，有望推动相关工业废水处理技术的革新。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，采用溶液转化法将氢氧化铁纳米颗粒均匀分散在 GO 纳米片间；然后，将制备好的 Fe (OH)?@GO（FGO）膜脱气后浸入有机配体溶液，实现氢氧化铁纳米颗粒向刚性多孔 MIL-100 (Fe) 纳米颗粒的原位转化；最后，使用 UV-vis 光谱和电导率仪分析进料液和渗透液的浓度，以此来评估膜的分离性能。
下面来详细看看研究结果：
- 膜分离性能：研究人员使用了多种染料溶液（0.1 g/L）、盐溶液（1 g/L）以及染料 / 盐混合溶液（0.1 g/L 染料和 1 g/L 盐溶液）作为进料液。在相同条件下对三种膜进行分析并绘制误差线。通过 UV-vis 光谱和电导率仪测定进料液和渗透液的浓度，进而计算出纯水渗透通量。结果显示，MGO 膜在水渗透通量、染料截留率和盐截留率方面表现出色。
- MGO 膜的制备与表征：MGO 膜的制备过程是将均匀分布在 GO 膜中的氢氧化铁纳米颗粒，在受限条件下浸入有机配体溶液后原位转化为多孔刚性 MOFs。具体来说，先制备 Fe (OH)?@GO（FGO）膜（其制备方法可参考研究人员之前的工作），脱气后浸入有机配体溶液，使氢氧化铁纳米颗粒原位转化为刚性多孔的 MIL-100 (Fe)。
研究结论表明，纳米颗粒插层与原位结晶策略成功提升了 GO 膜的层间距和微观结构稳定性。氢氧化铁纳米颗粒均匀分散扩大层间距，随后原位转化为 MIL-100 (Fe) 纳米颗粒，精准定位在关键区域。MGO 膜展现出高水渗透通量、优秀的染料截留率、低的盐截留率以及卓越的稳定性。这一研究为解决染料脱盐难题提供了创新方案，MGO 膜在工业废水处理领域具有广阔的应用前景，有望引领该领域的技术发展，助力实现水资源的可持续利用和环境保护的目标。
