基于CA@TiO2纳米复合薄膜的多功能反渗透膜：面向水处理与环境解毒的先进分离技术

为解决传统反渗透（RO）膜在渗透性、选择性和抗污染性之间的平衡难题，研究人员开发了一种纤维素乙酸酯（CA）与二氧化钛（TiO2）纳米颗粒复合的薄膜（CA@TiO2）。通过相转化法制备的该膜展现出优异的脱盐性能（60% Ca2+/Mg2+截留率）、高效重金属去除（90–97% Ni2+/Cr3+等）及光催化降解能力（89.6%亚甲基蓝降解率），同时具备85%油水分离效率和抗菌活性。该研究为可持续水净化提供了多功能解决方案，兼具环境修复与工业应用潜力。

　　

随着全球水资源短缺和工业污染加剧，传统水处理技术面临渗透性-选择性难以兼顾、膜污染严重等挑战。反渗透（RO）膜虽能高效脱盐，但易受有机物和微生物污染，且功能单一。针对这些问题，一项发表在《Next Materials》的研究提出了一种创新解决方案：通过将二氧化钛（TiO₂）纳米颗粒嵌入纤维素乙酸酯（CA）基质，开发出兼具分离、催化和抗菌功能的多功能薄膜（CA@TiO₂）。

研究采用相转化法制备CA@TiO₂复合膜，结合场发射扫描电镜（FESEM）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）等技术表征材料结构。通过原子吸收光谱（AAS）和紫外-可见分光光度计评估其污染物去除效能，并利用 Kirby-Bauer 法测试抗菌活性。

化学与机械稳定性
CA@TiO₂膜在酸碱盐溶液中浸泡72小时无破损，48小时连续过滤后盐截留率仍超95%，证实其结构稳定性。TiO₂纳米颗粒与CA的协同作用增强了材料耐化学腐蚀性。

膜表征
FESEM显示膜表面无缺陷，EDX证实Ti均匀分布（4.98%）。XRD谱中25.3°和37.8°的峰表明TiO₂为锐钛矿相，FTIR显示CA的羰基与TiO₂形成键合，增强了亲水性。

污染物去除性能

• 脱盐：对NaCl、CaCl₂和MgCl₂的截留率分别为62.12%、50.75%和49.21%，二价离子因电荷效应更易被截留。
• 重金属：Cr³⁺去除率最高（97.06%），Cd²⁺最低（6.8%），差异源于离子尺寸与膜表面电荷相互作用。
• 染料降解：紫外光下90分钟降解89.6%亚甲基蓝，归因于TiO₂的光催化活性。
• 油水分离：85%的芥子油被分离，膜表面孔隙结构起到关键作用。

抗菌活性
对革兰氏阳性菌（微球菌）抑制效果最佳（18 mm抑菌圈），1600 μg/mL浓度下抗菌效能显著提升。

该研究通过CA@TiO₂复合膜实现了水处理技术的多功能集成，其高效污染物去除、自清洁和抗菌特性为工业废水治理与饮用水安全提供了新思路。未来可进一步优化纳米颗粒负载量以平衡渗透性与选择性，推动实际应用。