综述：扩大薄膜纳米复合膜的生产规模：方法、挑战与应用

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Scaling up fabrication of thin-film nanocomposite (TFN) membranes: Methods, challenges, and applications

　　

摘要

薄膜纳米复合膜因其出色的分离性能、结构灵活性以及可调控性而受到广泛关注。随着工业领域对高效膜技术需求的增加，将这类膜从实验室原型转变为商业化生产变得十分重要。本综述深入探讨了薄膜纳米复合膜的材料、制备策略及应用领域，重点分析其可扩展性及大规模应用的可行性。首先，我们从机械性能、化学兼容性以及可扩展性等方面研究了聚合物和陶瓷基底。接着，根据各种纳米材料的物理化学特性、性能优势以及经济成本进行了评估。随后系统地回顾了其在水淡化、有机溶剂净化、重金属回收以及气体分离等领域的工业应用。之后，比较了八种主要的制备方法，如界面聚合法和刮刀法，着重分析它们的可扩展性及技术成熟度，同时考虑了平面膜和中空纤维两种结构形式。此外，还基于标准化指标（$/m2）以及相关文献和工业数据，进行了简化的经济性对比，以初步评估这类材料与传统膜相比的成本及经济竞争力。最后，综述指出了当前面临的一些挑战，如纳米材料使用中的职业安全问题以及设备复杂性，并提出了未来发展方向，包括利用人工智能简化纳米材料设计及工艺优化。这份全面的综述为推动薄膜纳米复合膜在环境和能源领域的规模化制备与实际应用提供了指导。