亲水性改性ZIF-8嵌入二维蛭石膜用于油水乳液分离：超润湿性、性能与机制解析

为解决含油废水处理中膜分离技术存在的渗透性与选择性矛盾问题，研究人员通过将亲水性单宁酸修饰的ZIF-8(T-ZIF-8)嵌入二维蛭石(VMT)层间，构建了T-ZIF-8@VMT/CA复合膜。该膜展现超亲水/水下超疏油特性(UWOCA>153°)，水通量达2.2×103 L•m-2 h-1 ，较纯VMT膜提升20倍，对多种水包油乳液分离效率高达99.4%，并具备酸碱耐受性与抗菌性能，为实际废水处理提供了创新解决方案。

　　

随着全球水资源短缺加剧和环保意识提升，含油废水处理成为亟待解决的难题。当前膜分离技术虽具有高效环保优势，但传统二维材料膜如蛭石(VMT)存在层间距窄(1-2 nm)、易被油滴堵塞等问题，导致渗透性与选择性难以兼顾。针对这一挑战，中国的研究团队创新性地将亲水性单宁酸修饰的金属有机框架材料(ZIF-8)嵌入二维蛭石层间，开发出高性能复合分离膜，相关成果发表于《Process Safety and Environmental Protection》。

研究采用离子交换剥离法制备VMT纳米片，通过真空辅助过滤将T-ZIF-8@VMT复合层负载于纤维素乙酸酯(CA)基底。关键技术包括：原子力显微镜(AFM)表征纳米片形貌，X射线衍射(XRD)分析层间距变化，分子动力学模拟界面破乳机制，以及长期稳定性测试评估实际应用潜力。

材料表征与膜制备
AFM显示单层VMT纳米片厚度约1.2 nm，XRD证实T-ZIF-8嵌入使层间距从1.3 nm增至1.8 nm。接触角测试表明复合膜具有超亲水性(水接触角0°)和超疏油性(UWOCA>153°)，SEM显示T-ZIF-8在VMT层间形成微纳结构。

分离性能测试
优化后的T-ZIF-8@VMT/CA膜对水包油乳液分离效率达99.4%，水通量达2.2×10³
L•m^-2
h^-1
，较纯VMT膜提升20倍。连续运行3小时后仍保持98.4%效率，且对酸性(pH=2)、碱性(pH=12)及高盐(1 M NaCl)条件均表现出稳定性。

机制解析
分子动力学模拟揭示T-ZIF-8的酚羟基与水分子形成强氢键网络，促进重力驱动下的油水分离。金属-多酚网络结构增强ZIF-8亲水性，同时VMT层间扩增的微通道减少传输阻力。

该研究通过精准调控二维材料层间化学环境，首次实现ZIF-8亲水性改性与其在VMT膜中的协同增效。所开发的复合膜兼具高通量、高选择性和环境稳定性，为工业废水处理提供了新材料设计范式。其抗菌特性和酸碱耐受性进一步拓展了实际应用场景，标志着二维材料膜技术在环境工程领域的重大突破。