综述：纤维素基分离膜：可持续进化还是短暂趋势？

（编辑推荐）本综述系统评述了纤维素基分离膜（CBM）在生物分离领域的应用潜力，重点分析了其抗污染性、低蛋白吸附和高生物相容性特性，同时指出工程化可持续性面临的挑战。文章创新性地提出全生命周期评估框架（LCA），为CBM从实验室走向工程化提供了优化策略。

　　

Abstract
纤维素基分离膜（CBM）因其可再生原料和可生物降解特性，成为可持续膜技术的重要发展方向。这类膜材料在生物分离应用中展现出三大核心优势：卓越的抗污染能力、极低的蛋白质吸附倾向以及出色的生物相容性。通过原子力显微镜（AFM）和石英晶体微天平（QCM）等表征手段证实，CBM表面能有效抑制生物分子非特异性吸附，使其在血液透析和药物纯化等领域具有独特价值。

Raw Cellulosic Materials
膜制备原料主要涵盖三类纤维素：植物源纤维素（如木浆、棉绒）、细菌纤维素（BC）和再生纤维素（如Lyocell）。其中细菌纤维素因其高结晶度（>80%）和纳米纤维三维网络结构，可制备出具有₁₀-₁₀₀ nm精确孔径的分离膜。值得注意的是，通过2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPO）氧化法改性的纤维素，其羧基含量可达1.5 mmol/g，显著提升亲水性。

Fabrication Techniques
当前制备技术呈现多元化发展：
• 相转化法：通过调控凝固浴温度（20-60°C）可获得不对称结构
• 静电纺丝：纤维直径可控制在200-800 nm范围
• 层层自组装（LbL）：可实现₅ nm级精度膜厚控制
特别值得关注的是，将纤维素纳米晶体（CNC）与石墨烯氧化物（GO）复合，可使水通量提升300%的同时保持90%以上的染料截留率。

Sustainability Assessment
基于生命周期（LCA）的评估揭示关键瓶颈：

1. 原料阶段：传统溶解工艺使用N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）存在回收率问题
2. 应用阶段：长期运行后膜通量衰减达15-20%/月
3. 废弃处理：工业堆肥条件下完全降解需180天
   对比研究表明，CBM的碳足迹比聚砜膜低40%，但机械强度（<50 MPa）仍逊于合成高分子材料（>100 MPa）。

Optimization Strategies
前沿改进方案包括：

• 仿生矿化：在纤维素纤维表面沉积二氧化钛（TiO₂）纳米层，使拉伸强度提升至120 MPa
• 微流体纺丝：制备的Janus结构膜可实现pH响应性分离
• 生物合成：利用Komagataeibacter xylinus菌株直接合成具有分级孔道的BC膜

未来研究应聚焦于建立标准化性能评价体系，开发连续化生产工艺，并深入探究膜-生物分子相互作用机制，以推动CBM在组织工程和智能给药系统等高端领域的应用突破。