新型无酸交联聚乙烯醇（NF）膜，通过添加共聚物吸剂来增强其废水处理性能

《Journal of Water Process Engineering》：Novel acid-free cross-linked polyvinyl alcohol NF membrane enhanced with a copolymer absorbent for wastewater treatment

聚乙烯醇（PVA）纳滤膜通过环氧基团酸-free交联技术降低结晶度，提升膜通量至46.7 L·m-2·h-1·bar-1，同时保持高染料脱除率；结合AA-AMPSA吸附剂增强盐脱除至98.5%，为废水处理提供新方案。

　　水是人类健康不可或缺的资源，而随着工业、城市生活和农业活动的不断扩展，水污染问题日益严重。因此，开发高效、安全且环保的水处理技术显得尤为重要。纳滤（NF）膜技术因其在去除纳米级颗粒、有机物、染料和盐分方面表现出色，成为当前废水处理领域的关键技术之一。然而，传统NF膜的制备过程中，常常依赖强酸作为交联催化剂，这不仅带来了操作上的安全隐患，也对环境造成了污染。为此，本研究提出了一种无酸交联策略，旨在解决这些问题，同时提升膜的通量。

PVA作为一种具有强亲水性、易于功能化且制备过程绿色的材料，被认为是制备NF膜的理想选择。目前，PVA膜通常通过涂覆法制造，这种方法不仅提高了工业应用的可扩展性，也使得PVA膜在实际应用中具有较高的可行性。然而，传统方法中使用浓硫酸作为交联催化剂，虽然能够有效促进交联反应，但也存在较大的安全和环境风险。因此，寻找一种无酸交联的方法，不仅能够降低这些风险，还可能简化制备流程，提高膜的性能。

在本研究中，我们通过一种酸性条件下的交联策略，成功制备出一种具有高通量和高染料去除率的PVA NF膜。具体来说，我们采用4,4′-二氨基二苯砜（DDS）与环氧基团反应的方式，实现了PVA膜的交联。环氧基团是通过亲核取代反应引入到PVA主链上的，这一过程由四丁基溴化铵（TBAB）催化完成。值得注意的是，环氧基团的引入不仅改变了PVA分子链的排列方式，还有效降低了其结晶度，从而提升了膜的通量。通过这种方法，我们成功获得了通量达到46.7 L·m?2·h?1·bar?1的PVA NF膜，同时保持了对染料的高去除率（>96.79%）。

除了提升通量，我们还针对盐分去除率较低的问题，引入了一种吸附增强的膜分离方法。具体来说，我们将在进料溶液中加入一种由丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸共聚而成的吸附材料（AA-AMPSA）。AA-AMPSA通过其羧酸基团（-COOH）和磺酸基团（-SO?H）的协同作用，能够有效吸附水中的金属离子，如Ca2?、Mg2?和Zn2?。由于这些金属离子的吸附作用，它们能够被膜有效阻挡，从而提高了盐分的去除率。通过这种方法，我们成功将膜的盐分去除率提升至98.5%。

此外，本研究还探讨了其他提升PVA NF膜性能的方法，如降低结晶度、梯度交联和纳米粒子混入。这些方法均在一定程度上改善了膜的通量和分离性能。例如，通过引入硼酸，我们的研究团队成功降低了PVA的结晶度，提高了膜的通量。梯度交联方法则通过形成完全交联的底层和轻度交联的顶层，提升了膜的通量。而纳米粒子的混入则为膜提供了更多的渗透通道，从而提高了通量。这些方法虽然在不同的研究中取得了进展，但大多数研究仍然依赖于传统的强酸交联方式，而这种方式在实际应用中存在较大的局限性。

为了进一步提升PVA NF膜的性能，我们提出了一种创新的交联策略，即在无酸条件下，通过引入DDS和环氧基团，实现PVA膜的交联。这一策略不仅避免了强酸带来的安全和环境问题，还有效提升了膜的通量和分离性能。通过这种方法，我们成功制备出一种具有高通量和高染料去除率的PVA NF膜。同时，我们还引入了AA-AMPSA，通过其吸附作用，提高了膜的盐分去除率。

本研究的成果表明，无酸交联策略和吸附增强膜分离方法在提升PVA NF膜性能方面具有显著优势。通过这两种方法的结合，我们成功实现了膜的高通量和高分离效率。这不仅为PVA NF膜的制备提供了新的思路，也为NF膜技术在高效废水处理中的应用提供了重要的支持。未来，随着对膜材料和分离机制的深入研究，我们相信PVA NF膜将在更多领域得到应用，为解决水污染问题做出更大的贡献。