功能化TiO2@GA锚定单宁酸修饰多孔聚碳酸酯膜实现高效油水分离

为解决含油废水处理中膜污染严重、寿命短的问题，研究人员通过单宁酸(TA)中间层和没食子酸(GA)功能化TiO2纳米颗粒(NPs)协同修饰聚碳酸酯(PC)膜，开发出具有超亲水(水接触角16.5°)和超疏油(水下油接触角158.9°)特性的新型分离膜，在近零操作压力下实现310.11 L/m2.h的通量和99.72%的油截留率，抗污染恢复率(FRR)达93.77%，为工业含油废水处理提供了高效低成本的绿色解决方案。

　　

随着工业快速发展，含油废水已成为威胁水生态系统的重大环境问题。纺织、食品、制药和炼油等行业排放的废水含有大量石油类污染物，对水生生态系统造成严重破坏。传统膜分离技术虽能高效除油，但膜污染导致的通量下降和寿命缩短始终是制约其大规模应用的瓶颈。特别是聚碳酸酯(PC)膜这一具有优异化学稳定性和热稳定性的材料，在油水分离领域的潜力尚未充分发掘。如何通过绿色改性策略同时提升膜的亲水性、抗污染性和分离效率，成为当前膜技术研究的关键挑战。

伊朗德黑兰大学的研究团队创新性地将天然多酚单宁酸(TA)与没食子酸(GA)功能化的二氧化钛(TiO₂)纳米颗粒相结合，开发出高性能PC复合膜。这项突破性研究发表在《Environmental Technology》期刊，为解决工业含油废水处理难题提供了新思路。研究人员采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备PC基膜，通过TA氧化聚合构建中间层，再锚定GA修饰的TiO₂ NPs形成金属-酚网络。关键技术包括纳米颗粒表面功能化、膜表面化学修饰、接触角测定和长期过滤性能测试等。

研究结果显示，功能化TiO₂-GA NPs通过FTIR和XRD证实成功接枝，FESEM显示其均匀分布在膜表面。改性后的M5膜表现出显著改善的表面特性：水接触角降至16.5°，水下油接触角达158.9°；AFM分析显示表面粗糙度(Ra)增至98.2 nm；EDX证实Ti元素稳定存在于膜表面。在近零操作压力下，该膜对2 g/L汽油乳液的分离通量达310.11 L/m².h，油截留率99.72%，且对矿物油和泵油同样保持99%以上的截留率。特别值得注意的是，经过5小时连续运行，膜通量仍保持初始值的89%，经简单清洗后通量恢复率高达93.77%，显著优于未改性膜(66.82%)。

机械性能测试表明，改性使膜的断裂强度从1.85 MPa提升至3.05 MPa，热分解温度提高50°C。循环测试证实膜在四次重复使用后仍保持92%的初始通量和99%的截留率。与文献报道的PES等膜材料相比，该PC膜在低压条件下展现出更优异的综合性能，且全部采用绿色低成本的天然改性剂。

这项研究的重要意义在于：首次将TA/GA-TiO₂协同修饰策略应用于PC膜，通过构建稳定的金属-酚网络和多重氢键，实现了纳米颗粒的均匀锚定和超亲水表面的长效维持；开发出兼具高渗透性、高选择性和强抗污染性的分离膜，其近零压力操作特性特别适合基础设施有限的工业场景；全部采用天然多酚等环境友好材料，成本仅为聚多巴胺改性膜的十分之一。该技术为含油废水处理提供了可持续发展的解决方案，在纺织、食品加工等行业的废水回用领域具有广阔应用前景。未来研究可进一步探索该改性策略在其他聚合物膜体系的普适性，以及在实际复杂废水体系中的长期稳定性。