香草醛功能化二氧化钛纳米管增强聚砜超滤膜水通量与抗污染性能研究

《Membranes》：Engineering Vanillin-Functionalized TiO2 Nanotube–Polysulfone Membranes with Enhanced Antifouling and Water Filtration Performance

　　

摘要

本研究开发了一种香草醛功能化二氧化钛纳米管-聚砜（PolySulf–VOH@TNT）复合膜，以提高水通量、抗污染性能和机械强度。采用非溶剂诱导相分离法将VOH@TNTs（质量分数1–7%）引入聚砜基体中。引入VOH@TNTs显著提高了膜表面的亲水性，使水接触角从原始聚砜膜（PSM）的83°降至5%时的59.6°，同时将吸水率和孔隙率分别从36%和38%提高至61%和52%。由于聚合物-填料界面形成了强结合力，机械强度从5.3 MPa提升至8.3 MPa。根据其理化性质和腐殖酸（HA）过滤性能，PolySulf–VOH@TNT（5%）膜被认为是最优配方，其纯水通量为195.4 L m^?2 h^?1，比原始PSM高出约125%，同时实现了98.8%的HA截留率和19%的污染物吸附量降低。抗污染测试表明，通量恢复率（FRR）约为91%，不可逆污染（R_ir）约为7%。该膜对腐殖酸（HA）、牛血清白蛋白（BSA）和海藻酸钠（SA）的截留率均超过96%，清洗后可维持约94%的通量恢复率。上述性能提升归因于VOH和Ti–OH衍生水化层的形成、静电排斥作用以及孔隙连通性的改善。研究结果表明，在所考察的实验条件下，引入VOH@TNT是提高聚砜超滤膜渗透性、分离效率和短期抗污染性能的一种有前景的策略。然而，仍需进一步研究以评估其长期稳定性、环境安全性以及在水处理中的实际应用可行性。