基于化学组成与物理结构双重分析的再生细粉类型对水泥浆体流变性能影响研究

为解决酸性矿山废水(AMD)处理难题，研究人员系统评估了正向渗透(FO)技术在重金属去除、膜材料创新及工艺优化方面的应用。研究表明，FO通过渗透压驱动水传输，结合新型薄膜复合(TFC)膜和纳米复合膜，可降低30-50%膜污染和20-30%能耗，尤其适用于高酸性和高金属离子浓度的AMD处理。该研究为矿业废水可持续管理提供了创新解决方案。

　　

酸性矿山废水（Acid Mine Drainage, AMD）因其高酸性（pH<4）和富含铁(Fe²⁺/Fe³⁺)、铝(Al³⁺)、硫酸盐(SO₄^2-)及稀土元素(REEs)的特性，已成为全球矿业环境治理的顽疾。传统化学沉淀法能耗高且产生二次污染，而反渗透(RO)技术面临膜污染和高压操作的瓶颈。针对这一挑战，Mintek（南非矿物技术研究所）的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表综述，系统解析了正向渗透（Forward Osmosis, FO）技术处理AMD的机制优势与创新路径。

研究采用文献计量学分析（2009-2024年922篇文献）和实验验证相结合的方法，重点评估了薄膜复合膜(TFC)、纤维素三乙酸酯(CTA)等膜材料在AMD中的性能。通过构建FO-RO混合系统，结合渗透压梯度驱动水传输的机制，量化了不同汲取液（如NaCl、MgCl₂）对重金属截留率（>98%）和水通量（15-53 L/m²h）的影响。

1. FO处理AMD的机制
渗透压驱动的水传输使FO在无外加压力下实现水分子选择性通过，而多价金属离子通过尺寸排阻和静电作用被截留。研究显示，二价离子如Fe²⁺、Al³⁺的截留率显著高于单价离子，这得益于膜表面负电荷的唐南效应。

2. 膜技术进展
对比传统CTA膜，掺入石墨烯氧化物(GO)或碳纳米管(CNTs)的TFC膜将水通量提升102%，但盐截留率略降至90.1%。南非试点采用Aquaporin Inside?中空纤维膜处理AMD，实现71.4%水回收率。

3. 工艺优化挑战
FO-RO混合系统在澳大利亚煤矿应用中，通过FO预浓缩降低后续RO能耗20-30%。但汲取液再生能耗（如热分解NH₄HCO₃）仍是经济性瓶颈，每立方米水处理成本达3.36美元。

4. 资源回收潜力
FO浓缩侧可富集稀土元素如钕(Nd)、铈(Ce)，结合离子交换树脂实现>60%选择性回收。智利案例中，整合冷冻脱盐(FD)进一步将REEs浓度提升至可商业开采水平。

该研究证实FO在AMD治理中兼具低能耗（0.25-1.5 kWh/m³）与资源循环优势，但规模化应用仍需解决膜污染控制（如聚多巴胺涂层降低26%通量衰减）和汲取液再生技术。这一突破为矿业废水处理提供了从“污染控制”转向“资源转化”的新范式，尤其适用于稀土矿区的高价值元素回收与水再生协同治理。