MWCNTs增强PSF超滤膜性能及其在含油废水处理中的应用研究

为解决工业含油废水处理难题，研究人员开展了PSF/MWCNTs复合超滤膜的制备与性能研究。通过调控PSF浓度（14-18 wt.%）和MWCNTs掺杂量（0.025-0.075 wt.%），发现18% PSF+0.05% MWCNTs膜在1.5 bar压力下实现33 L/m2·h通量和100%煤油截留率，接触角从76°降至58°。该研究为高性能抗污染膜材料设计提供了新思路。

　　

在工业快速发展的今天，含油废水处理已成为全球性环境挑战。石油冶炼、食品加工等行业每天产生大量含乳化油（粒径<20 μm）的废水，传统处理方法如化学氧化、砂滤等对这些微小油滴束手无策。更严峻的是，这些废水若未经妥善处理直接排放，其中的苯系物、酚类等有毒物质将严重威胁生态系统和人类健康。面对日益严格的环保法规，开发高效分离技术迫在眉睫——这就是Al-Nahrain大学团队在《Desalination and Water Treatment》发表这项研究的时代背景。

超滤(UF)技术因其能耗低、操作简单被视为理想解决方案，但普通聚合物膜存在"选择性-通量"的权衡困境：提高截留率往往导致通量骤降，而油污附着引发的膜污染更是行业痛点。为此，Sadiq Hussein等创新性地将多壁碳纳米管(MWCNTs)引入聚砜(PSF)基质，通过纳米材料与聚合物的协同效应破解这一难题。

研究人员采用相转化法制备系列膜材料，主要技术路线包括：1）通过FE-SEM和AFM表征膜形貌与粗糙度；2）FTIR分析化学组成；3）接触角测试评估亲水性；4）建立交叉流过滤系统测定通量和截留率。实验选用伊拉克Doura炼油厂的煤油模拟工业废水，所有膜样品均在Al-Nahrain大学化学工程系实验室完成制备与测试。

【膜表征】

FE-SEM显示18% PSF膜表面孔径最小（200-400 nm），而添加0.05% MWCNTs后形成均匀纳米通道。AFM测得Ra值从纯膜的2.178 nm增至2.97 nm（0.075% MWCNTs），表明纳米管增加了表面粗糙度。FTIR证实MWCNTs通过π-π堆叠与PSF芳香环物理结合，未产生新化学键。最具突破性的是接触角数据：MWCNTs使膜亲水性显著提升，0.05%掺杂量时接触角降低18°，这归因于纳米管诱导的极性基团重排和微孔结构形成。

【性能测试】

在1.5 bar操作压力下，18% PSF基础膜通量为13 L/m²·h，而0.05% MWCNTs改性膜通量跃升至33 L/m²·h，且均保持100%煤油截留率。持续4.5小时测试中，改性膜通量仅衰减15%（33→28.1 L/m²·h），远优于纯膜的45%衰减率。值得注意的是，当MWCNTs浓度增至0.075%时，纳米管团聚导致非选择性孔隙形成，在4 bar压力下截留率归零，印证了"适量掺杂"的关键性。

【比较研究】

横向对比显示，该研究的PSF/MWCNTs膜在1.5 bar低压下即实现100%截留，优于文献中TiO₂/PSF膜（92.9%截留需2 bar）和GO-ZnO/PSF膜（74.68%截留需5 bar）。其58°接触角也接近功能化MWCNTs膜（42.5°）的表现，但制备过程无需复杂化学修饰。

这项研究揭示了纳米复合材料设计的黄金法则：18% PSF提供致密基底保证选择性，0.05% MWCNTs构建纳米流体通道增强通量，二者协同实现"双高"性能。其科学价值在于阐明了MWCNTs浓度与膜性能的非线性关系——过量掺杂（>0.05%）引发团聚反而损害性能。实际应用中，该膜材料可大幅降低含油废水处理能耗，1.5 bar的低操作压力更具经济性。团队在讨论部分指出，未来研究将聚焦功能化MWCNTs的效应和长期运行稳定性测试，为工业化应用铺平道路。