碳链工程调控二肟改性海藻酸钠/MXene复合膜层间距及其对有机染料与含油废水分离性能研究

为解决工业废水中染料/油水乳液难分离、传统膜材料选择性差的问题，研究人员通过碳链工程策略设计三种不同骨架刚度的二肟（AAD/TPDH/BDD）改性海藻酸钠(SA)，与KH550交联MXene构建复合膜。该膜实现CR/MB染料>99%/96%截留率及957.96 L m-2h?1通量，兼具抗污染、耐酸碱特性，为纺织废水处理提供新方案。

　　

工业废水处理领域长期面临有机染料与油水乳液共存的复杂污染难题，传统膜技术因材料选择性差、通量低难以满足需求。MXene作为新型二维材料虽具潜力，但层间易堆叠导致孔径过小（<1 nm），且存在渗透性-选择性权衡问题。与此同时，天然多糖海藻酸钠(SA)虽含丰富羟基(-OH)和羧基(-COOH)，但机械性能差限制了其应用。如何通过分子设计打破材料性能边界，成为膜分离技术突破的关键。

茅台学院的研究团队创新性地提出"碳链工程"策略，通过氧化海藻酸钠获得双醛基SA(DSA)，再嫁接三种碳链骨架不同的二肟（柔性链AAD、刚性链TPDH、含联苯的BDD），构建空间结构可调的改性SA。将其与KH550交联的MXene纳米片复合，在PVDF基底上制备出DSA-AAD/MXene等系列复合膜。研究采用SEM、FT-IR、XPS等多维度表征技术，结合染料(CR/MB)和油水乳液分离实验，系统考察膜结构与性能关系。

材料设计与表征
通过FT-IR证实成功引入希夫碱(C=N)特征峰(1597 cm^-1)，XRD显示DSA-AAD/MXene层间距最小(0.98 nm)。接触角测试表明所有膜均呈现亲水-疏油特性，其中BDD改性膜因联苯基团疏水作用使水接触角略增至72.3°。

分离性能研究
0.2 vol% KH550交联的复合膜表现最优：CR截留率>99%，MB>96%，油水乳液>99%。DSA-AAD/MXene因紧密层结构获得最高截留率但通量最低(957.96 L m^-2h^?1)，而BDD改性膜通量提升23%。Hagen-Poiseuille方程证实通量差异主要源于层间距变化。

环境稳定性验证
在pH 2-12范围、高盐(100 mM NaCl)及含悬浮物条件下，膜性能保持稳定。经10次循环使用后，CR截留率仍保持97.5%，展现优异抗污染能力。

该研究通过碳链骨架精准调控MXene层间通道，首次在SA-MXene体系中实现"孔径-化学协同筛选"机制：柔性AAD链形成致密筛分网络，刚性BDD链构建分级传质通道。这种分子水平的设计策略不仅突破传统膜材料的性能限制，更为纺织废水处理提供了兼具高通量、高选择性和环境耐受性的新型解决方案。论文发表于《Separation and Purification Technology》，为二维材料在环境领域的应用开辟了新方向。