表面工程化钛填料膜在采出水处理中的应用潜力探究：基于MIL-125(Ti)-NH2 的薄层纳米复合正向渗透膜性能优化

为解决油气开采中采出水（Produced Water）处理难题，研究人员开发了基于MIL-125(Ti)-NH2 填料的薄层纳米复合（TFN）正向渗透（FO）膜。通过界面聚合反应和表面工程调控，膜的水通量提升240%，反向盐通量显著降低。该研究为采出水回用及提高油田采收率（EOR）提供了创新解决方案。

　　

油气开采过程中产生的采出水（Produced Water）含有酚类、放射性核素等有毒物质，传统处理方法如混凝、絮凝难以去除溶解性污染物。膜技术虽具潜力，但现有正向渗透（FO）膜存在水通量低、反向盐通量高等缺陷。为此，马来西亚国油科技大学（Universiti Teknologi PETRONAS）的研究团队创新性地将金属有机框架材料MIL-125(Ti)-NH₂
引入薄层纳米复合（TFN）膜，相关成果发表于《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》。

研究采用相转化法制备聚砜（PSF）和聚偏二氟乙烯（PVDF）基膜，通过界面聚合反应构建薄层复合（TFC）膜，并添加1.0 wt%钛基填料制备TFN膜。关键实验包括接触角测量、场发射扫描电镜（FESEM）形貌分析和原子力显微镜（AFM）表面粗糙度检测，性能测试采用1M NaCl驱动液和模拟采出水体系。

【3.1 填料理化性质】XRD和BET证实MIL-125(Ti)-NH₂
具有0.12-0.16 μm纳米颗粒结构，为水分子传输提供额外通道。

【3.3 表面亲水性】TFN-125(Ti)-PSF膜接触角降至45.01°，较基膜降低33%，归因于填料表面-NH₂
基团的氢键作用。

【3.4 膜形态学】SEM显示界面聚合形成38.57-58.13 μm聚酰胺选择层，EDX证实钛元素均匀分布，但存在填料团聚现象。

【3.5 表面粗糙度】AFM测得TFN-125(Ti)-PSF粗糙度达7.933 nm，较基膜提升14倍，符合Wenzel模型亲水性增强机制。

【3.7 FO性能】TFN-125(Ti)-PSF水通量达4.05 LMH，较基膜提升240%；比反向盐通量（J_s
/J_w
）降至0.12 g/L，归因于填料-聚合物基质的良好相容性。

该研究首次系统比较PSF与PVDF基TFN膜性能，证实钛基填料通过非共价键作用优化膜传输性能。其创新性体现在：①采用Hansen溶解度参数指导材料兼容性设计；②开发出适用于高盐度（51 g/L TDS）采出水的FO膜。未来需开展长期稳定性研究，但已为油田水回用及EOR提供了切实可行的膜技术方案，对缓解水资源短缺具有重要实践意义。