基于聚糠醇原位自聚合的松散纳滤膜实现高效染料/盐选择性分离

推荐：本研究针对高盐染料废水处理中膜选择性不足的难题，通过酸催化糠醇(FA)在聚醚砜(PES)基底上原位自聚合构建聚糠醇(PFA)松散纳滤膜(LNF)。优化后的PES/PFA-2.0膜展现112.04 L m?2 h?1 bar?1高通量、>98%染料截留率和<15%盐截留率，CR/Na2SO4选择性达107.62，其亲水性和负电性表面赋予优异抗污染性能，为资源化处理印染废水提供新策略。

　　

随着全球水资源短缺和印染行业排放的高盐有机废水污染问题日益严峻，传统处理方法如化学氧化、物理吸附等存在能耗高、二次污染风险，难以实现染料与盐分的资源化回收。商业聚酰胺纳滤膜因致密分离层导致盐截留率过高(>30%)，严重制约高盐废水处理效能。松散纳滤(LNF)技术因其独特的"筛分效应"和"唐南效应"成为解决这一难题的新方向，但如何平衡膜的选择性与渗透性仍是重大挑战。

针对这一瓶颈问题，国内研究人员在《Environment International》发表研究，创新性地利用生物质衍生物糠醇(FA)的酸催化自聚合特性，在聚醚砜(PES)超滤膜表面构建聚糠醇(PFA)松散纳滤层。通过调控FA浓度(0.5-3.0 wt%)优化膜孔结构，结合表面电荷与亲水性修饰，成功开发出兼具高选择性和抗污染性能的复合膜材料。

研究采用酸催化原位自聚合技术构建PFA活性层，通过场发射扫描电镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM)表征膜形貌，利用分子量截留(MWCO)测试评估孔径分布，采用交叉流过滤装置测定膜通量与截留性能，并运用X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析表面化学性质。

【膜结构与形貌特征】
通过调节FA浓度实现PFA层纳米结节结构的可控生长，FA浓度2.0 wt%时膜表面粗糙度(Ra)达6.2 nm，形成均匀多孔结构。交联网络使平均孔径从1.54 nm(PES/PFA-1.0)降至1.29 nm(PES/PFA-3.0)，MWCO相应从1293.80 Da增至1967.35 Da。

【表面物化性质】
PES/PFA-2.0膜接触角降至49.32°，zeta电位测试显示其在pH 3-11范围均带负电。XPS证实表面富含C=O(531.81 eV)和C-OH(533.21 eV)极性基团，FT-IR检测到1071 cm^?1处呋喃环特征峰，这些特性协同增强膜亲水性和染料排斥作用。

【分离性能】
最优PES/PFA-2.0膜水通量达112.04 L m^?2 h^?1 bar^?1，对刚果红(CR)截留率>98%而NaCl截留<15%。在CR/Na₂SO₄混合体系中选择性高达107.62，优于多数文献报道值。pH和浓度测试表明，碱性条件(pH 11)下通量提升22%，而盐浓度增至10 g/L时通量仅下降23.5%，显示良好环境适应性。

【抗污染与稳定性】
经四次MB/CR循环测试，膜通量恢复率(FRR)保持85.91%(MB)和74.99%(CR)，不可逆污染率(Rir)<25%。48小时长期运行中，CR-NaCl体系通量衰减仅22.03%，染料截留率稳定在98%以上，归因于负电表面抑制染料吸附和亲水层阻隔作用。

该研究通过绿色可再生的生物基材料FA构建高性能LNF膜，突破传统膜材料选择性与通量的"trade-off"效应。PFA的三维网络结构不仅提供精确的尺寸筛分通道，其丰富的含氧基团更赋予膜表面"自清洁"特性。研究为高盐染料废水的资源化处理提供新思路，2.0 wt% FA的优化配方兼顾工业生产可行性与性能要求，符合可持续化学发展理念。未来可通过调控聚合催化剂类型进一步优化膜孔分布，或引入其他生物基单体构建杂化膜体系，有望推动LNF技术在工业废水处理中的规模化应用。