单宁酸网络表面自组装增强双铋BiOBr–BiOCOOH/PVDF复合膜的废水处理与油水分离性能

为应对工业废水处理中多重污染物难降解、油水分离效率低等挑战，研究人员通过原位沉积法将BiOBr-BiOCOOH催化材料与PVDF膜复合，并利用单宁酸(TA)表面自组装改性，开发出兼具高效光催化降解（染料/抗生素降解率>99%）与超强油水分离性能（油水乳液截留率99%）的复合膜，其酸碱耐受性及长期稳定性为工业应用提供新思路。

　　

随着全球工业化进程加速，染料、抗生素和含油废水每年以亿吨级规模排放，传统处理方法如沉淀、过滤等面临效率低、二次污染风险。尤其含多重污染物的复杂废水，其难降解性与分离难度成为环境治理的"硬骨头"。膜分离技术虽因低能耗、高兼容性备受关注，但传统聚偏氟乙烯(PVDF)膜的疏水性易导致膜污染，且单一功能难以应对复杂水质。如何赋予膜材料高效催化与分离的双重能力，同时提升其环境耐受性，成为突破瓶颈的关键。

针对这一挑战，国内研究人员设计了一种创新性解决方案——通过将双铋催化剂BiOBr-BiOCOOH嵌入PVDF基质，并利用植物单宁酸(TA)进行表面自组装改性，构建出多功能复合膜。相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。研究团队采用原位共混-交联自组装技术，通过调控催化剂负载比例优化p-n异质结（一种能增强光生电荷分离效率的结构）性能，结合冷冻干燥工艺强化机械强度。关键实验技术包括：1) 原位沉积法制备BiOBr-BiOCOOH/PVDF基底膜；2) TA-戊二醛交联表面修饰；3) 模拟工业废水环境下的污染物截留与光降解测试；4) X射线衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)分析膜结构演变。

【表面形貌与粗糙度分析】
电镜观察显示，铸膜液中引入的花簇状BiOBr与玫瑰状BiOCOOH催化材料促使膜内部形成致密多孔结构。表面自组装TA网络后，膜粗糙度降低38.6%，接触角从112°降至26°，实现超亲水/疏油特性转变。

【污染物处理性能】
在模拟染料（刚果红）、抗生素（四环素类）和油田废水测试中，复合膜平均截留率达95%、86%和99%。光催化实验显示，其对混合染料废水降解率超98%，单种污染物降解超99%，归因于BiOBr-BiOCOOH异质结拓宽的光吸收边（从紫外延至可见光区）。

【极端环境稳定性】
经pH=1~13溶液浸泡72小时后，膜通量恢复率仍保持92%以上，XRD证实PVDF分子晶相无变化，证明TA交联层有效保护了催化材料与膜基质的界面稳定性。

这项研究的意义在于：1) 通过绿色催化剂与天然TA的协同改性，实现了膜材料环境友好性与高性能的统一；2) 创制的复合膜在油田工业废水处理中展现99.2%的油分离效率与289.28 L·m^-2
·h^-1
的高通量，较原始PVDF膜提升233%；3) 提出的"基底掺杂-表面自组装"双修饰策略为开发长效稳定膜材料提供普适性方法。正如通讯作者Rui Zhang强调，该技术有望在化工、制药等复杂废水场景实现规模化应用，推动水处理技术向低碳化、智能化方向发展。