综述：纳米材料在增强膜基处理新兴污染物中的作用：综述

这篇综述系统评述了纳米材料（GO/CNTs/MOFs/MXenes）增强膜技术在水处理中的应用，重点分析了其对渗透性、选择性及抗污染性能的提升机制，同时探讨了规模化应用面临的成本、环境风险等挑战，为开发高效可持续的水净化方案提供了重要参考。

　　

纳米材料增强膜技术在水处理中的突破与挑战

引言

水环境中新兴污染物(ECs)的持续累积对生态系统和人类健康构成严峻威胁。传统水处理工艺难以有效去除这类具有持久性、生物累积性和毒性的微量污染物，而纳米材料增强膜技术通过独特的物理化学性质实现了突破性进展。

关键纳米材料的性能优势

石墨烯氧化物(GO)凭借其二维结构和含氧官能团，显著提升膜的亲水性和机械强度。实验显示GO改性膜对重金属和药物的截留率可达99%，水通量提升至48 L/m²
·h。但GO在水环境中的稳定性问题仍需通过交联技术解决。

碳纳米管(CNTs)的纳米级孔道结构创造了快速水传输路径，使膜通量达到600 L/m²
·h的超高水平。功能化CNTs（如负载TiO₂
）还赋予膜光催化自清洁能力，可降解85%有机污染物。不过其潜在细胞毒性和50-100美元/克的生产成本制约了应用。

金属有机框架(MOFs)的分子筛效应实现了精准污染物分离。UiO-66-NH₂
@ZIF-8复合膜对染料的截留率>97%，而MIL-53-NH₂
@CA膜对农药的吸附量达356 mg/g。但MOFs与聚合物的相容性问题仍是研究重点。

MXenes的层状结构和负电表面使其具有卓越离子选择性。经抗溶胀改性的Ti₃
C₂
TX膜对染料的截留率99.3%，且通量是GO膜的30倍。但其抗氧化性能需通过表面修饰进一步提升。

性能优化与评估方法

通过死端过滤和错流过滤实验量化膜性能，关键指标包括：

• 通量：GO膜达50 L/m²
  ·h
• 截留率：CNT膜对Pb²⁺
  达99%
• 抗污染性：MXene膜通量恢复率(FRR)90%

材料表征采用SEM/TEM观察形貌，接触角测试亲水性（GO膜接触角64.5°），FTIR分析化学结构。机器学习模型（如XGBoost的R2=0.97）正被用于预测膜性能。

应用挑战与技术突破

膜蒸馏(MD)技术中，GO-TiO₂
复合膜实现60%节能；电催化膜TiO₂
/CEM对酸性染料去除率97.4%。但规模化生产仍需突破：

• 成本：MOF合成达100美元/克
• 稳定性：MXenes易氧化
• 环境风险：CNTs可能存在生态毒性

未来发展方向

1. 开发卷对卷制造等低成本工艺
2. 构建AI驱动的材料设计平台
3. 建立纳米材料环境风险评估体系
4. 探索MOF-MXene等杂化材料体系

通过跨学科协作解决这些挑战，纳米材料增强膜技术有望成为应对全球水危机的重要解决方案，推动实现可持续发展目标。