化学交联电纺壳聚糖/聚乙烯醇膜封装NaY沸石用于高效去除有机染料的研究

为解决工业废水中有机染料污染问题，研究人员开发了一种新型CDI交联的CS/PVA电纺膜封装NaY沸石复合材料。该研究通过优化制备工艺，实现了95%的亚甲基蓝(MB)去除率和287 LMH的高通量，且经5次再生后性能仅下降13%。这项技术为水处理领域提供了高效稳定的吸附-过滤一体化解决方案。

　　

随着全球25%人口面临安全饮水危机，工业染料废水成为重大环境挑战。纺织业每年排放26万吨染料，其中亚甲基蓝(MB)等阳离子染料因与细胞膜负电荷结合，对人体危害尤为严重。传统处理方法如活性炭吸附存在易聚集、难回收等问题，而纳米纤维膜技术因其高比表面积和可调表面化学性质展现出优势，但如何有效固定吸附剂并保持高通量仍是瓶颈。

加拿大女王大学(Queen's University)化学工程系的Romina Shirazi团队在《Journal of Water Process Engineering》发表研究，创新性地采用电纺壳聚糖(CS)/聚乙烯醇(PVA)复合膜为载体，通过绿色交联剂1,1'-羰基二咪唑(CDI)固定NaY沸石，开发出兼具高吸附容量和机械稳定性的新型过滤材料。

研究采用电纺技术制备CS/PVA纳米纤维基底，通过两步浸渍法先后负载NaY沸石和CDI交联剂。关键实验技术包括：场发射扫描电镜(FESEM)表征纤维形貌，X射线光电子能谱(XPS)分析化学组成，差示扫描量热法(DSC)评估热稳定性，以及动态渗透模块测试MB去除性能。通过Thomas、Adams-Bohart等模型解析吸附动力学。

3.1 膜表征
形貌分析显示，CDI交联使NaY粒径分布从344±25 nm优化至298±30 nm，EDX图谱证实Al、Si元素均匀分布。FTIR谱图中1662 cm^-1处酰胺I带位移证实CDI与CS氨基成功交联。XPS显示N-C=O键(399-400 eV)形成，且NaY特征峰(Al2p 74 eV, Si2p 102 eV)强度增加。

3.2 膜性能
CDI交联使玻璃化温度从80.83°C提升至94.55°C，拉伸强度提高47%。在pH=6、MB初始浓度50 mg/L条件下，最佳膜厚300 μm时实现95%去除率和287 LMH通量。Adams-Bohart模型(R²=0.915)最准确描述动态吸附过程，证实静电吸引和Na⁺/MB⁺离子交换是主要机制。

3.3 再生性能
采用0.1 M硫脲/HCl溶液再生后，5次循环后性能仅衰减13%，显著优于未交联膜(80%质量损失)。CDI交联不仅防止沸石流失，还通过形成-O-C(=O)-NH-键增强膜耐久性。

该研究突破性地解决了沸石基吸附材料易聚集、难回收的行业难题。相比文献报道的PVA/CMC/ZSM-5膜(91%去除率)和CA/AC/沸石膜(120 LMH)，本工作同时实现了更高去除率(95%)和通量(287 LMH)。CDI交联策略为设计多功能水处理膜提供了新思路，其绿色工艺和可规模化生产的特性，对推动联合国可持续发展目标中"清洁饮水和卫生设施"的实现具有重要实践意义。