: 石墨烯氧化物基复合膜高效去除新兴污染物的协同抗污染机制与工程应用前景

针对新兴污染物（EPs）对生态系统和人类健康的日益严峻威胁，本研究系统综述了石墨烯氧化物基复合膜（GOCMs）的开发与应用。通过表面功能化、金属纳米粒子（如TiO2）和MXene材料掺入等策略，GOCMs实现了高效去除持久性有机污染物（POPs）、内分泌干扰物（EDCs）、微塑料（MPs）和抗生素等EPs，并揭示了静电吸附、催化降解等多机制协同抗污染作用。该研究为可持续废水处理技术提供了理论依据和工程指导，推动了环保领域的创新突破。

　　

在当今世界，水污染已成为全球性危机，尤其是新兴污染物（Emerging Pollutants, EPs）的扩散正悄然威胁着生态平衡和人类健康。这些污染物包括持久性有机污染物（POPs）、内分泌干扰物（EDCs）、微塑料（MPs）和抗生素等，它们虽“新兴”却无处不在——从河流到土壤，甚至渗入饮用水源。EPs的多样性不断增加，其毒性可导致生物体内分泌失调、抗药性增强，甚至引发癌症等疾病，而传统水处理技术如吸附或化学氧化，往往效率低下且易产生二次污染。面对这一挑战，开发高效、可持续的分离膜技术成为迫切需求。石墨烯氧化物（Graphene Oxide, GO）凭借其高比表面积和化学稳定性，为膜材料带来了革命性希望。华北水利水电大学（North China University of Water Resources and Electric Power）的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表了一项重要综述，深入探讨了石墨烯氧化物基复合膜（Graphene Oxide-Based Composite Membranes, GOCMs）在EPs去除中的应用，揭示了其协同抗污染机制，为废水处理开辟了新路径。

研究人员通过整合多种关键技术方法，系统评估了GOCMs的制备和性能优化。这些方法包括相转化技术（如非溶剂诱导相分离NIPS和热诱导相分离TIPS），用于构建高孔隙率和稳定膜结构；表面功能化策略，通过化学改性引入亲水基团（如磺酸基）或抗菌基团（如季铵盐），提升膜的选择性和抗污染性；纳米材料复合，掺入金属有机框架（MOFs）、MXene或碳纳米管（CNTs），以优化孔道结构和增强催化降解能力；以及膜性能表征技术，如通量测试和污染物去除效率分析。样本来源基于典型废水类型，包括有机染料废水、重金属离子废水和含EPs的工业废水，确保研究覆盖真实环境场景。

Antifouling mechanisms of GOCMs

研究人员归纳了GOCMs的协同抗污染机制：静电吸附通过膜表面电荷与带电极性污染物（如重金属离子）的相互作用实现高效捕获；催化降解利用掺入的纳米材料（如TiO₂）在光照下产生活性氧物种，分解有机污染物；抗菌性能源于功能化基团抑制微生物生长，减少生物污染；尺寸排阻效应依靠GO层状结构的纳米孔道（<1 nm）阻挡大分子污染物；氢键相互作用则通过GO表面的羟基和羧基与污染物形成特异性结合。这些机制协同作用，显著提升了EPs的去除效率和膜的长周期稳定性。

Phase inversion

相转化技术是GOCMs制备的核心方法。NIPS通过非溶剂浴诱导聚合物溶液相分离，形成均匀GO分散的膜结构；TIPS利用温度控制相变，获得高机械强度的膜。这些技术确保了膜孔道可调，适用于不同分子量的污染物分离，例如在染料废水中实现>90%的去除率。

Organic dye wastewater

在有机染料废水处理中，GOCMs通过吸附和分子筛分机制高效去除染料分子（如亚甲基蓝）。相比传统方法，GOCMs的去除效率达95%以上，且膜污染率降低50%，得益于表面亲水改性和纳米孔道的优化。

Challenges and future perspectives

尽管GOCMs表现优异，膜污染和高成本仍是主要挑战。未来研究需聚焦低成本规模化制备（如绿色合成路线）和智能响应膜开发，以适应复杂废水环境。

Conclusion

结论部分强调，GOCMs通过