聚碳酸酯/氧化石墨烯/埃洛石纳米管混合基质膜在炼油废水处理中的应用与性能优化

为解决炼油废水含油污染物处理难题，研究人员通过将氧化石墨烯(GO)和埃洛石纳米管(HNTs)负载于聚碳酸酯(PC)基质中，构建了系列混合基质膜(MMMs)。研究发现，HNTs的引入显著提升膜亲水性和纯水通量(PWF)，而GO因纳米片团聚导致PWF降低，但所有膜均实现100%油截留率。其中PC-H 4.5膜表现最优，兼具高效截留性能（96.5%再生率），为工业废水处理提供了新型材料解决方案。

　　

研究背景与意义
炼油工业产生的含油废水含有大量石油烃(PHCs)、重金属等有毒物质，传统处理方法如重力分离、生物降解等难以有效处理微米级乳化油。膜分离技术虽具潜力，但面临膜污染、机械强度不足等瓶颈。聚碳酸酯(PC)因其化学稳定性成为理想基材，而纳米材料如氧化石墨烯(GO)和埃洛石纳米管(HNTs)的引入可协同改善膜性能。安徽高校科研团队通过设计PC/GO/HNTs混合基质膜，系统探究了纳米材料负载对膜结构与功能的影响，相关成果发表于《Fuel》。

关键技术方法
研究采用相转化法制备MMMs，通过透射电镜(TEM)和场发射扫描电镜(FESEM)表征纳米材料形貌，傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析化学组成，接触角测试评估亲水性，拉伸试验测定机械强度，并模拟炼油废水进行超滤测试。再生实验采用30%(v/v)丙酮溶液清洗。

研究结果

1. 材料表征
   TEM显示HNTs呈中空管状结构，GO为层状聚集态；FESEM证实PC-HNTs膜具有更多大孔结构，而PC-GO膜因纳米片堆叠致密。

2. 性能分析

• 亲水性：HNTs负载使接触角降低至48.6°（PC-H 4.5），GO膜则因疏水区域增加而接触角升高。
• 机械强度：HNTs提升膜拉伸强度至34.5 MPa，GO因团聚产生应力集中点导致强度下降。
• 分离效能：所有膜均实现100%油截留，但PC-H 4.5膜通量达162 L/m²
  ·h，耗时最短（2.1小时）。

1. 再生性能
   丙酮清洗后PC-H 4.5膜通量恢复率达96.5%，显著高于PC-GO膜（82.3%）。

结论与意义
该研究证实HNTs通过其两亲性特质和管状结构优化膜孔分布，而GO因团聚效应限制性能提升。PC-H 4.5膜在截留效率、通量和再生性上的综合优势，为工业废水处理提供了可规模化应用的解决方案。未来研究可进一步探索HNTs/GO协同负载的界面调控机制，推动MMMs在环境工程领域的实际应用。