磺化共聚物膜中水传输通道的调控实现工业废水中砷和硒的高效去除

针对工业废水中砷(As)和硒(Se)的去除难题，研究人员通过优化磺化五嵌段共聚物Nexar?膜的溶剂体系（IPA/Tol vs THF）并引入POSS纳米颗粒，制备出兼具高渗透性（95±0.4 LMH/bar）和超高截留率（As 98.2%/Se 98.05%）的复合膜，机械强度提升87.1%，为工业废水处理提供了创新解决方案。

　　

随着工业活动加剧，砷(As)和硒(Se)等重金属在废水中的累积已严重威胁生态系统和人类健康。砷的致癌性和硒的内分泌干扰效应促使全球环保标准日趋严格（EPA限值10 ppb），但现有处理技术如吸附法和电化学法存在效率衰减或成本过高的问题。膜技术虽具潜力，却长期受限于渗透性-选择性权衡难题。在此背景下，来自拉合尔管理科学大学的研究团队创新性地利用商业化磺化五嵌段共聚物Nexar?，通过分子级结构调控开发出高性能纳米复合膜，相关成果发表于《Desalination》。

研究团队采用相转化法制膜，核心技术创新包括：1）对比异丙醇/甲苯(IPA/Tol)与四氢呋喃(THF)溶剂体系对膜自组装的影响；2）引入八苯基笼型聚倍半硅氧烷(POSS)纳米颗粒(0.5 wt%)增强性能；3）通过SEM、AFM和EDX表征膜微观结构；4）采用搅拌池过滤系统评估1000 ppm砷/硒溶液的截留性能；5）机械强度测试验证工业化应用潜力。

材料与方法
研究选用IEC值为2 meq/g的Nexar? MD9200为基材，通过ATR-FTIR确认其磺酸基团(SO₃^?)特征峰。关键创新在于溶剂体系选择——IPA/Tol系统因促进亲水通道形成，使膜水通量较THF体系提升10倍，同时POSS的Si?O笼状结构（1-3 nm）显著增强机械稳定性。

傅里叶变换红外光谱
FTIR分析显示1026-1241 cm^?1区间强峰对应SO₃^?伸缩振动，证实Nexar?成功磺化。POSS的引入未改变聚合物主链结构，但2920 cm^?1处C?H峰位移表明纳米颗粒与基体存在相互作用。

结论
最优化的0.5 wt% POSS/IPA-Tol膜展现出突破性性能：纯水通量达95 LMH/bar（超越商业膜10倍），同时维持98.2% As和98.05% Se截留率。SEM显示POSS均匀分散形成纳米级孔道，AFM证实表面粗糙度降低可减少膜污染。机械测试显示拉伸强度提升87.1%，完美解决传统磺化膜机械性能差的缺陷。

讨论
该研究首次证实POSS-Nexar?协同效应可打破渗透性-选择性限制：1）磺化嵌段提供离子筛分功能；2）POSS增强聚合物链间作用力；3）溶剂调控实现微相分离优化。相比同类研究（如He等报道的93%截留率），本工作将性能提升至工业应用门槛。团队特别指出，该技术可直接放大生产，因Nexar?本身为商业化产品，且POSS添加量极低(0.5%)，具有显著成本优势。

这项突破为重金属废水处理提供了新范式——通过精准调控嵌段共聚物自组装行为，结合纳米增强技术，实现膜性能的跨维度提升。未来研究可探索该平台对其他重金属（如镉、汞）的去除效能，进一步拓展其在环境治理中的应用边界。