具有温度响应与光催化自清洁功能的GO-ZnO-PNIPAM智能纳滤膜在水处理中的创新应用

本研究通过物理插层复合技术成功制备GO-ZnO-PNIPAM智能纳滤膜，兼具温度响应特性与紫外光催化自清洁功能。该膜对多种染料截留率超98%，水通量达59.63 L·m-2·h-1·bar-1（为GO膜的3.38倍），紫外催化污染物降解恢复率高达99.06%，为节能型水处理技术提供了创新解决方案。

　　

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Materials

单层氧化石墨烯（GO）粉末购自江苏先锋纳米材料科技有限公司。牛血清白蛋白（BSA）、N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、偶氮二异丁腈（AIBN）、苯（AR）、氯化锌（ZnCl₂）、亚甲基蓝（MB, 98%）、伊文思蓝（EB, BS）、甲基橙（MO, IND）、罗丹明B（RB, AR）和刚果红（CR, 98%）由上海麦克林生化有限公司提供。氢氧化钠（NaOH, AR）、己烷（AR）、丙酮等试剂均从国药集团化学试剂有限公司采购，所有化学品均直接使用无需进一步纯化。

Characterization of PNIPAM

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）的衰减全反射（ATR）模块检测异丙基丙烯酰胺单体和聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）的红外光谱，扫描范围650-4000 cm^-1，扫描32次。结果证实PNIPAM成功合成：如图2a所示，PNIPAM在1365 cm^-1和1380 cm^-1处出现-CH(CH₃)₂基团特征峰，1530 cm^-1和1633 cm^-1处的强峰归属于N-H弯曲振动和酰胺I带的C=O伸缩振动，2970 cm^-1处的峰对应-CH₃的反对称伸缩振动。

Conclusion

本研究采用物理插层复合工艺，将具有温度响应特性的PNIPAM与具有光催化活性的GO-ZnO结合，成功开发出兼具智能温敏响应和紫外驱动自清洁功能的新型GO-ZnO-PNIPAM复合纳滤膜。该纳滤膜的水通量随温度变化最高可达59.63 L·m^-2·h^-1·bar^-1，并具有良好的温度循环稳定性；同时其对五种染料的最高截留率分别达到99.77%、99.46%、99.98%、98.10%和83.43%，对亚硝酸钠（NaNO₂）的截留率为87.2%，性能显著优于纯GO纳滤膜。此外，该膜在紫外光催化下对表面吸附污染物具有降解能力，最高恢复率可达99.06%。这种结合温度响应与自清洁功能的双策略设计，为开发节能水处理技术提供了创新性解决方案。