倾斜式蒸发器在光热、光催化和抗菌性能上实现了“1 + 1 + 1 > 3”的协同增强效果，从而提升了高盐度染料废水的处理效果

《Desalination》：Tilted evaporator with “1?+?1?+?1?>?3” synergistic strengthening in photothermal, photocatalytic and antibacterial performance for enhanced treatment of high-salinity dye wastewater

基于SiO?夹层的松散纳滤膜高效分离生物污泥中胡敏酸与无机盐，实现147.19 LMH·bar?1高水通量，98.07%胡敏酸 rejection，5.07%无机盐截留，并展现优异长期稳定性和抗污染性能。

　　膜分离技术在生物沼气污泥的可持续处理和资源回收中扮演着越来越重要的角色。随着对环境保护和资源循环利用的关注日益增加，如何高效地从复杂混合物中分离出有价值的成分成为研究的热点。生物沼气污泥作为一种农业废弃物处理过程中的副产品，含有丰富的有机物质和无机盐分。其中，腐殖质物质（HS）因其在农业和环境治理中的潜在价值，成为重点研究对象。然而，传统的纳米过滤（NF）或超滤（UF）技术在处理这类混合物时面临一定的挑战，特别是在有效分离HS与无机盐方面。

为了克服这些限制，研究团队开发了一种新型的SiO?插层松散纳米过滤（iLNF）膜，用于首次从生物沼气污泥中分离HA（腐殖酸）和盐分。这一创新技术通过引入原位生成的SiO?插层结构，显著改善了膜的性能。SiO?插层不仅减少了选择层的厚度和交联程度，还提升了膜表面的亲水性和电负性，从而增强了膜对HA的截留能力，同时降低了对无机盐的保留率。实验结果显示，优化后的iLNF2膜表现出优异的水通量（147.19 LMH·bar?1）、高达98.07%的HA截留率以及仅为5.07%的混合盐保留率。即使在高盐浓度（如30 mM）条件下，iLNF2膜仍能保持高效的HA截留能力（98.17%）和良好的混合盐渗透效率（97.31%）。此外，该膜还展现出良好的长期稳定性和抗污染性能，为生物沼气污泥的可持续处理提供了新的思路。

生物沼气项目作为一项处理和利用农业废弃物的先进技术，近年来得到了广泛的关注和应用。生物沼气污泥作为这一过程的副产品，因其高产量和复杂的成分而备受重视。通常，生物沼气污泥中含有大量的有机物质，包括腐殖质物质和氨基酸等，以及丰富的无机营养成分，如含氮、磷、钾等元素的盐分。从可持续发展的角度来看，对这些有价值成分的分质回收和富集不仅有助于减少大规模排放带来的环境风险，还能拓展其在农业和工业中的应用前景。例如，腐殖质物质可以作为有机肥料，改善土壤结构并促进作物生长，而含氮、磷、钾的无机盐则可以用于植物营养或工业用途。因此，对生物沼气污泥中有机和无机成分的分质回收具有重要的现实意义。

膜分离技术因其高效、环保和可规模化等优势，成为从生物沼气污泥中回收有价值成分的重要手段。其中，反渗透（RO）和纳米过滤（NF）因其紧密的孔径结构，能够有效截留腐殖质物质和高分子量的无机盐。然而，这类膜在实际应用中容易受到严重污染，尤其是在处理含有大量腐殖质物质的生物沼气污泥时，大分子量的HS会堵塞膜孔并附着在膜表面，导致通量显著下降。相比之下，微滤（MF）和超滤（UF）虽然具有较大的孔径，允许大多数无机盐自由通过，但对小分子量的HS（分子量范围在几百到几千之间）的截留能力有限，因此无法实现HS与无机盐的有效分质回收。鉴于上述问题，开发一种能够兼顾高通量和优异分离性能的新型膜技术显得尤为迫切。

松散纳米过滤（LNF）作为一种新兴的膜分离技术，被广泛认为是处理复杂废水（如垃圾渗滤液）中有机物和无机盐的有效方法。垃圾渗滤液通常含有高浓度的污染物，包括腐殖酸、氨氮和多种无机盐。已有研究表明，LNF膜能够在保持较高通量的同时，实现对HS的有效截留。例如，Ye等人开发的LNF膜能够实现94.7%的无机离子（如Na?、K?、Cl?、NO??）透过率和95.7%的HS保留率，从而在浓缩因子为9.6时，达到85.7%的脱盐效率和91.2%的HS回收率。考虑到生物沼气污泥与垃圾渗滤液在成分上的相似性，LNF技术被认为具有显著的应用潜力。然而，目前针对生物沼气污泥的LNF技术研究仍较为有限，亟需进一步探索其可行性。

为了实现高效的HS与无机盐分质回收，理想的LNF膜应具备高通量和优异的分离选择性。然而，基于聚合物的LNF选择层通常面临通量与选择性之间的权衡问题，即提高通量往往会降低选择性，反之亦然。近年来，插层策略被证明是突破这一限制的有效途径。通过在膜结构中引入插层材料，不仅可以显著提高膜的通量，还能增强其分离性能。各种纳米材料被广泛用于构建插层结构，包括金属氧化物（如ZnO、TiO?）、金属有机框架（MOFs）以及酸性氧化物（如CaCO?、SiO?）等。其中，SiO?因其良好的亲水性和稳定性，被认为是构建高效LNF膜的理想材料。

与传统的真空过滤方法相比，原位生成插层材料的方法更受青睐。传统方法往往导致纳米材料在膜基质中分布不均，从而影响膜的结构稳定性和性能。而原位生成技术能够实现纳米材料的均匀分布，形成更稳定和均质的插层结构。这一策略不仅提升了膜的机械强度和化学稳定性，还优化了膜的表面特性，使其在处理复杂废水时表现出更高的效率和耐久性。因此，原位生成SiO?插层的LNF膜被认为是实现高效HS与无机盐分质回收的有力工具。

在本研究中，研究人员通过原位生成SiO?纳米颗粒的方法，构建了一种新型的插层纳米过滤（iLNF）膜，用于生物沼气污泥中HS和无机盐的分离。该膜的制备过程以聚醚砜（PES）超滤膜作为多孔支撑层，通过使用四乙氧基硅烷（TEOS）作为前驱体，在膜表面原位生成SiO?纳米颗粒。同时，利用葡萄糖作为天然且丰富的生物质材料，形成亲水性的聚酯（PE）选择层。通过调整TEOS的用量，研究人员能够控制SiO?纳米颗粒在膜表面和内部的分布密度，从而优化膜的性能。实验结果表明，随着TEOS用量的增加，膜表面的纳米颗粒数量和分布密度显著提高，进而改善了膜的表面粗糙度和亲水性。

为了进一步验证iLNF膜的性能，研究团队对其结构和功能进行了系统的表征分析。结果显示，与纯PES基质相比，iLNF膜表面形成了大量均匀分布的SiO?纳米颗粒，且未出现明显的聚集现象。这表明原位生成技术能够有效实现纳米材料的均匀分散，为膜的结构稳定性和功能优化提供了保障。此外，X射线能谱（EDS）分析进一步确认了Si元素的存在，证明了SiO?插层的成功构建。随着TEOS用量的增加，纳米颗粒不仅在膜表面形成，还逐渐渗透到膜的内部，从而改变了膜的整体结构和性能。

除了结构优化，研究人员还对iLNF膜的分离性能进行了详细评估。实验结果表明，优化后的iLNF2膜在水通量、HS截留率和盐分透过率方面均表现出优异的性能。具体而言，iLNF2膜的水通量达到147.19 LMH·bar?1，显著高于传统NF膜的水平。同时，该膜对HA的截留率高达98.07%，显示出良好的有机物分离能力。相比之下，对混合盐分的保留率仅为5.07%，表明其对无机盐的透过性较高。这一性能特点使得iLNF2膜在处理高盐浓度的生物沼气污泥时具有显著优势。即使在30 mM的高盐浓度条件下，iLNF2膜仍能保持高达98.17%的HA截留率和97.31%的混合盐透过率，展现出良好的稳定性和适应性。

此外，iLNF2膜还表现出良好的抗污染性能和长期稳定性。在实际应用中，膜污染是影响分离效率和运行成本的重要因素。通过引入SiO?插层结构，研究人员成功提升了膜的抗污染能力，使其在长期运行过程中能够保持较高的通量和分离性能。这不仅延长了膜的使用寿命，还降低了更换和维护的频率，从而提高了整个处理过程的经济性和可持续性。

综上所述，本研究开发的SiO?插层LNF膜为生物沼气污泥的可持续处理和资源回收提供了一种新的解决方案。该膜通过优化结构设计，实现了对HS的高效截留和对无机盐的低保留，同时保持了较高的水通量和良好的抗污染性能。未来，这一技术有望在实际应用中发挥更大的作用，为生物沼气污泥的资源化利用提供有力支持。此外，该膜作为预处理步骤，还可以有效减少后续NF或RO过程中的膜污染，从而提高整个处理系统的效率和可持续性。