利用t-BAMBP和Cyanex272协同体系从弱碱性溶液中提取铯

《Desalination》：Cesium solvent extraction from weak alkaline solutions by t-BAMBP and Cyanex272 synergistic system

基于SiO?内层构建的松散纳滤膜实现了生物质沼液中腐殖酸与无机盐的高效分离，通量达147.19 LMH·bar?1，腐殖酸截留率>98%，无机盐截留率<5.07%。即使在30 mM高盐浓度下仍保持稳定性能。该技术兼具抗污染与长周期稳定性，为生物质沼液资源化提供了创新解决方案。

　　膜分离技术在可持续处理和资源回收方面正变得越来越重要，尤其是在沼气污泥中提取有机物和无机盐的应用。沼气污泥是生物能源项目中的副产品，其产量巨大且成分复杂，包含丰富的有机物质如腐殖质（HS）和氨基酸（AA），以及大量的无机营养元素，如含氮（N）、磷（P）和钾（K）的盐类。从可持续发展的角度来看，对这些有价值成分进行分级回收和富集不仅有助于解决其大规模排放可能带来的环境风险，还能拓展其在农业和工业领域的应用。例如，腐殖质可以作为有机肥料，改善土壤性质并促进作物生长，而含N、P、K的无机盐则可被用作植物营养元素或工业原料。因此，对沼气污泥中有机和无机成分进行有效分离具有重要意义。

膜分离技术提供了一种有效的平台，用于从复杂废水中回收和分级有价值的物质。在实际应用中，反渗透（RO）和纳滤（NF）常被用作浓缩沼气污泥的核心单元。这些膜由于其紧密的孔径，能够有效去除腐殖质并实现对含N、P、K盐类的高截留率。然而，RO和NF膜由于孔径较小，容易被大分子的腐殖质堵塞，从而导致膜通量显著下降。此外，这些大分子还会吸附在膜表面，进一步加剧膜污染问题。因此，有必要开发一种先进的膜分离策略，以实现对沼气污泥的可持续管理，并高效回收腐殖质。

松散纳滤（LNF）被认为是一种从复杂废水中分离有机物和无机盐的有前景技术，例如垃圾填埋场渗滤液，其含有高浓度的污染物如腐殖质、氨氮和无机盐。Ye等人[11]曾使用LNF膜，实现了对无机离子（如Na?、K?、Cl?、NO??）的94.7%透过率和对腐殖质的95.7%截留率，最终在浓缩因子为9.6的情况下，达到了85.7%的脱盐效率和91.2%的腐殖质回收率。鉴于垃圾填埋场渗滤液和沼气污泥在成分上的相似性，我们推测LNF技术在沼气污泥中分离腐殖质和无机盐方面也具有广阔的应用前景。然而，截至目前，针对这一特定应用的研究仍较为有限。

为了实现对沼气污泥中腐殖质和无机盐的有效分离，理想的LNF膜需要具备高渗透通量和优异的分离选择性。然而，基于聚合物的LNF选择层通常面临渗透性和选择性之间的权衡问题，这是由于其固有的物理化学性质所致。近年来，通过引入中间层策略，这一权衡问题得到了有效突破。该策略显著提高了渗透通量，同时增强了分离选择性。许多纳米材料被广泛用于构建中间层，包括金属氧化物（如ZnO、TiO?）[17,18]、金属有机框架[19]以及酸性氧化物（如CaCO?、SiO?）[20,21]。此外，与传统的真空过滤方法相比，中间层材料的原位生成技术已被证明更优越，能够产生更稳定和均匀的中间层基底[[22], [23], [24], [25], [26], [27]]。

本研究开发了一种基于中间层的松散纳滤（iLNF）膜，用于从沼气污泥中分离腐殖质和无机盐。该膜通过原位生长的SiO?纳米颗粒作为中间层，使用四乙基正硅酸酯（TEOS）作为前驱体。葡萄糖作为一种天然且丰富的生物质，被用作水性单体，用于形成一种相对薄且亲水的聚酯（PE）选择层。通过多种表征手段，研究了不同量的原位生长SiO?中间层对iLNF膜性能的影响。此外，通过评估膜对腐殖酸（HA，代表HS）和盐类的渗透性和分离性能，对iLNF膜进行了优化。最后，对优化后的iLNF膜在高盐度沼气污泥中的分离能力进行了全面评估。本研究为实现沼气污泥中腐殖质和盐类的高效分级提供了一种新方法，展示了利用LNF技术进行沼气污泥中腐殖质可持续回收的潜力。

在本研究中，我们采用了一种创新的策略，即通过在膜结构中引入SiO?中间层，以提高膜的分离性能。SiO?作为一种酸性氧化物，具有良好的亲水性和电负性，能够有效改善膜表面的润湿性和静电排斥作用，从而提高对腐殖质的截留率。通过调整TEOS的用量，我们能够控制SiO?纳米颗粒的生成量及其在膜结构中的分布情况，从而优化膜的性能。实验结果表明，随着TEOS用量的增加，SiO?纳米颗粒在PES膜的顶部和内部逐渐形成，提高了膜的表面粗糙度，同时降低了选择层的厚度和交联度。这些改进显著提高了膜的渗透通量，同时保持了对腐殖质的高截留率和对无机盐的低透过率。

此外，我们还对优化后的iLNF膜在高盐度条件下的表现进行了评估。实验结果显示，即使在30 mM的高盐浓度下，iLNF2膜仍能保持对腐殖质的高截留率（98.17%）和对混合盐类的高效透过率（97.31%）。这一结果表明，iLNF膜不仅能够有效分离腐殖质和无机盐，还能在高盐度条件下保持良好的性能。同时，该膜还表现出良好的长期稳定性和抗污染能力，这使得其在实际应用中具有更高的可行性。

为了进一步验证iLNF膜的性能，我们对膜的结构和表面特性进行了详细表征。通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）分析，我们观察到在PES膜表面原位生成的SiO?纳米颗粒分布均匀，没有明显的聚集现象。这表明，SiO?中间层的引入能够有效改善膜的结构，使其更加均匀和稳定。此外，EDS结果进一步确认了Si元素的存在，证明了SiO?中间层的成功构建。随着TEOS用量的增加，纳米颗粒的生成量和分布范围也有所扩大，这进一步提高了膜的表面粗糙度，从而增强了膜的分离能力。

在实际应用中，膜污染是一个重要的问题，尤其是在处理含有大量有机物的废水时。为了减少膜污染，我们采用了多种方法对iLNF膜进行了优化。首先，通过调整膜的选择层厚度和交联度，我们能够有效减少膜的污染程度。其次，通过提高膜的亲水性，我们能够降低有机物在膜表面的吸附能力，从而减少膜污染的发生。此外，我们还对膜的抗污染能力进行了评估，结果显示，iLNF膜在长时间运行过程中仍能保持较高的通量和分离性能，这表明其具有良好的抗污染能力。

在本研究中，我们不仅关注膜的分离性能，还关注其在实际应用中的可行性和经济性。通过对比传统膜技术，我们发现iLNF膜在分离效率和抗污染能力方面具有明显优势。同时，由于其结构的优化，iLNF膜在高盐度条件下的表现也优于传统膜。这表明，iLNF膜不仅能够满足对腐殖质和无机盐的高效分离需求，还能在实际应用中提供更高的稳定性和经济性。此外，iLNF膜作为一种预处理技术，能够有效减少后续纳滤（NF）或反渗透（RO）过程中的膜污染，从而提高整体处理效率和可持续性。

本研究的成果为沼气污泥的可持续处理和资源回收提供了新的思路和技术支持。通过引入SiO?中间层，我们成功开发了一种新型的松散纳滤膜，能够在高盐度条件下保持对腐殖质的高截留率和对无机盐的高效透过率。这一技术不仅能够提高沼气污泥中腐殖质的回收率，还能减少无机盐的损失，从而提高资源利用效率。此外，该膜的结构优化使其具有良好的抗污染能力和长期稳定性，这为其在实际应用中的推广提供了基础。

在实际应用中，膜技术的推广和应用需要考虑多个因素，包括膜的性能、成本、寿命以及对环境的影响。通过本研究的实验结果，我们发现iLNF膜在这些方面均表现出优异的性能。首先，膜的高渗透通量和高截留率使其在处理沼气污泥时具有更高的效率。其次，膜的结构优化使其在长时间运行过程中仍能保持较高的性能，这表明其具有较长的使用寿命。此外，膜的制备成本相对较低，这使得其在实际应用中具有更高的经济性。同时，膜的使用过程对环境的影响较小，这符合可持续发展的理念。

为了进一步推广iLNF膜的应用，我们还对膜的规模化生产和实际应用进行了探讨。通过实验结果，我们发现该膜在实验室条件下表现良好，但在实际应用中仍需进行进一步优化。例如，膜的制备工艺需要更加标准化，以确保其在不同条件下的一致性。此外，膜的使用环境也需要进行优化，以减少膜污染的发生。通过这些优化措施，iLNF膜有望在实际应用中发挥更大的作用。

本研究的成果不仅对沼气污泥的处理和资源回收具有重要意义，还对其他类似废水的处理提供了借鉴。通过引入SiO?中间层，我们成功开发了一种新型的膜分离技术，能够在复杂废水中实现对有机物和无机盐的高效分离。这一技术的推广和应用将有助于提高废水处理的效率和资源回收率，从而推动可持续发展。此外，该技术还可以用于其他领域的废水处理，如垃圾填埋场渗滤液、工业废水等，具有广泛的应用前景。

在实际应用中，膜技术的推广和应用需要考虑多个因素，包括膜的性能、成本、寿命以及对环境的影响。通过本研究的实验结果，我们发现iLNF膜在这些方面均表现出优异的性能。首先，膜的高渗透通量和高截留率使其在处理沼气污泥时具有更高的效率。其次，膜的结构优化使其在长时间运行过程中仍能保持较高的性能，这表明其具有较长的使用寿命。此外，膜的制备成本相对较低，这使得其在实际应用中具有更高的经济性。同时，膜的使用过程对环境的影响较小，这符合可持续发展的理念。

为了进一步推广iLNF膜的应用，我们还对膜的规模化生产和实际应用进行了探讨。通过实验结果，我们发现该膜在实验室条件下表现良好，但在实际应用中仍需进行进一步优化。例如，膜的制备工艺需要更加标准化，以确保其在不同条件下的一致性。此外，膜的使用环境也需要进行优化，以减少膜污染的发生。通过这些优化措施，iLNF膜有望在实际应用中发挥更大的作用。

本研究的成果不仅对沼气污泥的处理和资源回收具有重要意义，还对其他类似废水的处理提供了借鉴。通过引入SiO?中间层，我们成功开发了一种新型的膜分离技术，能够在复杂废水中实现对有机物和无机盐的高效分离。这一技术的推广和应用将有助于提高废水处理的效率和资源回收率，从而推动可持续发展。此外，该技术还可以用于其他领域的废水处理，如垃圾填埋场渗滤液、工业废水等，具有广泛的应用前景。

综上所述，本研究通过引入SiO?中间层，成功开发了一种新型的松散纳滤膜，能够在沼气污泥中实现对腐殖质和无机盐的高效分离。该膜不仅在高盐度条件下表现出良好的性能，还具有良好的抗污染能力和长期稳定性，这使得其在实际应用中具有更高的可行性。此外，该膜的结构优化使其在分离效率和经济性方面均表现出优势，为沼气污泥的可持续处理和资源回收提供了新的策略和技术支持。未来，随着膜技术的不断发展和优化，iLNF膜有望在更多领域得到应用，为环境保护和资源利用做出更大的贡献。