综述：生物基添加剂在水净化膜改性中的应用研究

这篇综述系统探讨了生物基添加剂（bio-based additives）在膜技术（NIPS/IP工艺）中的创新应用，聚焦其提升膜亲水性、抗污染性（antifouling）及渗透通量（water flux>170 L·m?2 ·h?1 ）的机制，同时指出长期稳定性与经济可行性（如TA-Fe3+ 复合膜）是未来研究的关键挑战。

　　

生物基添加剂开启水处理膜技术新纪元

1. 引言

全球约29%人口面临饮用水短缺，工业废水与农业径流加剧水源污染。传统膜技术虽能有效去除污染物（如通过UF/NF膜截留BSA达98%），但石油基添加剂（如PEG）存在环境残留风险。生物基添加剂凭借可再生特性与功能多样性（如TA的酚羟基赋予亲水性），成为绿色膜材料研发焦点。

2. 膜制备工艺与生物基添加剂整合

2.1 非溶剂诱导相分离法（NIPS）
将壳聚糖纳米晶（CNWs）掺入铸膜液，通过相转化形成多孔结构，使PVDF膜通量提升至170.2 L·m^?2
·h^?1
，同时机械强度提高12 MPa。

2.2 界面聚合法（IP）
TA-乙二胺体系在PAN膜表面构建选择性层，实现100%有机物截留，但通量降低需平衡（如甘油后处理可改善）。

3. 生物基添加剂的功能化策略

3.1 共混改性
纤维素纳米纤维与PVDF物理共混，通过氢键作用提升孔隙率（78%）和染料截留率（96.6%亚甲基蓝）。

3.2 金属-多酚网络（MPN）
TA-Fe³⁺
配位涂层使PVDF膜通量激增2400 L·m^?2
·h^?1
·bar^?1
，油水分离效率>98%，但需解决金属离子溶出问题。

4. 明星生物材料性能对比

4.1 壳聚糖
氨基修饰的PSf膜对腺病毒截留率达99%，但机械强度不足需与GO复合（如Yasir等报道拉伸模量提升9 MPa）。

4.2 单宁酸
TA-Cu²⁺
体系通过π-π堆积增强PES膜抗污染性（FRR 95.7%），但其茶源属性可能引发食品竞争争议。

5. 挑战与未来方向

当前生物基膜面临添加剂浸出（如NIPS法制备膜经5次清洗后TA损失15%）、成本过高（壳聚糖纯化成本是PVP的3倍）等问题。未来需开发废弃物衍生添加剂（如果胶提取自柑橘皮），并通过AI优化铸膜工艺参数（如Hansen溶解度参数预测）。

6. 结论

生物基膜技术正从实验室走向产业化，其环境效益（如TA降解为CO₂
）与多功能性（抗菌/催化）将重塑水处理格局，但需建立全生命周期评估体系以证明其经济可行性。