基于Mayer棒连续涂布法制备共价有机框架纳米片调控氧化石墨烯膜用于高盐度印染废水回收

为解决高盐度印染废水处理难题，研究人员开发了TpPa-SO3H共价有机框架纳米片(CONs)修饰的GO/CON杂化膜，通过Mayer棒连续涂布技术实现规模化制备。该膜在70 g L-1 Na2SO4高盐环境中展现300小时稳定运行性能，染料/盐选择性达98.2%，处理后的盐水可直接回用于纺织品染色，为纺织工业废水回收提供了经济环保的解决方案。

　　

纺织工业每年产生数百万吨高盐度印染废水，其中含有大量难以降解的活性染料和盐类（如NaCl、Na₂SO₄）。传统处理方法不仅成本高昂，还会造成宝贵盐资源和水资源的浪费。氧化石墨烯(GO)膜虽具有分子筛分潜力，但存在渗透性低、通道稳定性差等问题，难以满足工业化需求。哈尔滨工业大学的研究团队在《Journal of Membrane Science》发表研究，通过创新性整合共价有机框架纳米片(CONs)与连续涂布技术，开发出高性能GO/CON杂化膜系统。

研究团队采用三项关键技术：1）界面聚合法合成具有垂直纳米孔的TpPa-SO₃H型CONs；2）Mayer棒连续涂布工艺实现GO/CON混合分散液的均匀成膜；3）构建交叉流过滤系统评估膜在模拟工业废水中的长期稳定性。通过原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)确认了CONs的片层结构，Zeta电位测试证实其表面强负电性(-42.1 mV)。

【材料合成与表征】成功制备的TpPa-SO₃H CONs厚度约3.5 nm，比表面积达687 m² g^-1，其磺酸基团显著增强了材料亲水性和电负性。X射线衍射(XRD)显示CONs在GO层间形成周期性排列，创造了0.8-1.2 nm的垂直传输通道。

【膜性能测试】含5 wt% CONs的GO膜水通量达42.6 L m^-2 h^-1 bar^-1，较纯GO膜提升2.3倍。对活性黑5(RB-5)染料的截留率维持在98.2%同时，Na₂SO₄透过率高达91.5%，展现出卓越的染料/盐选择性。

【长期稳定性】在70 g L^-1 Na₂SO₄和1 g L^-1 RB-5的模拟废水中连续运行300小时后，膜性能衰减不足5%，FTIR分析表明CONs有效抑制了GO层间溶胀。

【实际应用验证】将处理后的高盐渗透液直接回用于棉布染色，色差ΔE<1.5，达到工业染色标准，证实了技术路线的实用价值。

该研究通过CONs的精准结构调控和Mayer棒涂布工艺创新，突破了GO膜工业化应用瓶颈。所开发的GO/CON膜兼具高渗透性、优异选择性和长期稳定性，为纺织工业废水"近零排放"提供了可行方案。特别值得注意的是，该技术将传统间歇式膜制备转化为连续化生产，单日膜产量可达200 m²，具备显著的产业化推广价值。研究团队提出的"垂直纳米孔+层间通道"协同传输机制，也为其他二维材料膜的设计提供了新思路。