综述：导电材料：生物医学工程领域的机遇与挑战

《Materials Today Communications》：Electrically Conductive Materials: Opportunities and Challenges in Biomedical Engineering

PVDF膜通过掺杂碳纳米管负载γ-Fe2O3并在磁场辅助下制备，显著提升抗污染性能和再生能力，水通量达84.1 L·m?2·h?1，反洗后抗污染率增至86.8%。

　　

杨玉明|周佳慧|龚世瑶|杨春伟

教育部环境友好材料制备与应用重点实验室（吉林师范大学），中国长春，130103

摘要

为了解决PVDF膜在使用过程中容易被污染的问题，从而导致过滤性能下降和实际应用效率降低的问题，本研究通过将碳纳米管支持的γ-Fe₂O₃（γ-Fe₂O₃@CNTs）掺入PVDF中，并在磁场的作用下制备了M/γ-Fe₂O₃@CNTs/PVDF超滤膜。这种复合膜具有高亲水性和低粗糙度，孔径仅为50.0纳米，孔隙率可达65.0%。M/γ-Fe₂O₃@CNTs/PVDF膜的过滤性能和抗污染性能也得到了显著提高：纯水通量可达84.1 L·m^-2h^-1，BSA的截留率为84.2%，过滤阻力（FRR）增加到72.5%，反渗透率（Rir）降低到27.5%。同时，该膜具有优异的过硫酸盐活化能力，可以实现回收再生。经过过硫酸盐反冲洗后，膜的FRR可提升至86.8%，Rir降至10.5%。本研究为PVDF膜的性能提升和实际应用提供了新的见解和启示。

部分内容

引言

膜分离技术在污水处理过程中具有广泛的应用前景，其优点包括操作简单、产水质量高、能耗低，以及对新兴污染物的分离效率高[1]。在各种膜材料中，聚偏二氟乙烯（PVDF）膜因其出色的机械强度、热稳定性、耐酸碱腐蚀性和低

材料与化学品

商业聚合物PVDF（AR级，纯度99%）购自美国索尔维公司。聚维吡咯烷酮（PVP，K30，分子量44,000-54,000）、N-N-二甲基乙酰胺（DMAc，AR级，纯度99%）、FeSO₄·7H₂O和碳纳米管（CNTs）均来自中国新华制药试剂有限公司。牛血清白蛋白（BSA，AR级，纯度99%）由中国合肥千盛科技有限公司提供。所有试剂均按原样使用，无需进一步纯化。本研究中使用的去离子水（电阻率为18.2 MΩ·cm）是通过

γ-Fe₂O₃@CNTs、M-0、M-1和M-2的表征

M-0、M-1和M-2分别代替PVDF膜、γ-Fe₂O₃@CNTs/PVDF膜和M/γ-Fe₂O₃@CNTs/PVDF膜使用。通过扫描电子显微镜（SEM）观察了γ-Fe₂O₃@CNTs纳米粒子的形态以及M-0、M-1和M-2膜的表面和截面结构，如图3(a)所示。γ-Fe₂O₃呈现八面体立方结构，负载在碳纳米管壁上。从图3(b、d、f)可以看出，形成了越来越多密集且均匀的孔洞

结论

本研究通过化学共沉淀法合成了磁性γ-Fe₂O₃@CNTs纳米粒子，并采用NIPS方法制备了γ-Fe₂O₃@CNTs/PVDF膜。磁场辅助合成方法提高了膜的性能。在磁场的作用下，M/γ-Fe₂O₃@CNTs/PVDF超滤膜的孔结构发生变化：膜表面的孔数增加，而孔径减小。

作者贡献声明

杨玉明：撰写初稿、数据验证与整理。周佳慧：指导工作、数据整理。龚世瑶：指导工作、数据整理。杨春伟：撰写与编辑、方法学设计、资金申请。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了吉林省科学技术厅[项目编号20230101213JC]、吉林省发展和改革委员会[项目编号2023C032-5]以及中国吉林省教育厅[项目编号JJKH20240566CY]的支持。