《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Eco-Compatible Multifunctional Hydrogel Membranes for Integrated Industrial Oily Wastewater Treatment
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•这种水凝胶膜能够有效处理含有复杂杂质的实际含油废水；•使用后的水凝胶膜在土壤环境中表现出中等的生物降解性；•其降解产物可作为植物生长促进剂，显著增强根系活力和植物生长。引言工业含油废水是最具挑战性的废水类型之一，因为它同时含有乳化油、溶解性有机污染物和金属离子，这些物质共同威胁
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这种水凝胶膜能够有效处理含有复杂杂质的实际含油废水；
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使用后的水凝胶膜在土壤环境中表现出中等的生物降解性；
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其降解产物可作为植物生长促进剂，显著增强根系活力和植物生长。
引言
工业含油废水是最具挑战性的废水类型之一，因为它同时含有乳化油、溶解性有机污染物和金属离子，这些物质共同威胁着水生生态系统和环境的可持续性 [1]、[2]、[3]。含油废水来源于石油开采、精炼、运输及相关工业过程，通常具有复杂的组成，包括游离油、分散的油滴、稳定的油乳液、溶解的碳氢化合物和无机污染物。表面活性剂和其他界面活性物质的存在往往增强了乳液的稳定性，使得传统的分离方法无法有效净化废水。如果未经有效处理就直接排放，含油废水会在水面上形成持久的油膜，抑制氧气传递，破坏水生生态系统，并向环境中引入有毒有机化合物。因此，开发高效的含油废水处理技术对环境保护和工业废水管理至关重要。传统的处理技术，如膜分离、吸附、高级氧化和生物处理，通常只能针对某一类污染物，因此需要多个处理单元才能达到满意的净化效果 [4]、[5]、[6]、[8]。
尽管在膜分离、光催化氧化和吸附技术方面取得了显著进展，但大多数报道的系统仍然针对单一污染物的去除进行设计，难以应对实际含油废水中多种污染物的复杂性。因此，开发具有互补分离、催化和吸附功能的一体化多功能处理材料仍然非常有必要。此外，最近人们对使用后处理材料的环境负担也越来越关注 [9]、[10]、[11]、[12]、[13]，因为传统膜在使用后通常会被丢弃，可能会通过填埋或无控制处置导致二次污染 [14]、[15]、[16]、[17]、[18]。因此，开发既能高效去除污染物又能实现环保处置的多功能处理材料已成为废水处理领域的重要挑战 [19]、[20]、[21]、[22]、[24]。近年来，多功能膜技术的发展成为一个重要的研究方向，旨在克服传统单一功能处理系统的局限，实现高效、资源导向的废水处理。
为了解决这一挑战，选择了碳纳米管（H-CNTs）作为关键功能组分之一，因为它们具有独特的物理化学性质。H-CNTs具有高长径比、优异的机械稳定性和可调的表面化学性质，而羟基功能化引入了丰富的含氧基团，从而提高了表面的润湿性、界面相互作用以及与水环境的相容性 [25]、[26]、[27]。这些特性使H-CNTs特别适合调节油水界面、改善乳液稳定性，并构建多功能复合膜。此外，ZnO纳米粒子提供了对可见光响应的光催化性能和环境兼容性 [28]、[29]、[30]、[31]、[32]，而水凝胶网络则提供了连通的传输路径和丰富的金属离子吸附基团。与主要关注污染物去除的传统多功能膜不同，本设计还考虑了使用后膜的环境命运，将其与环保的处置策略结合起来。因此，我们假设将这三种功能组分整合到单一膜中，可以同时实现油水分离、有机污染物的光催化降解以及在使用条件下的降解。
基于上述考虑，我们开发了一种用于综合处理含油废水的多功能半导体-水凝胶复合膜（PNCN-ZnO/H-CNTs）。该膜旨在在水凝胶框架内结合多种功能组分，实现乳化油、有机污染物和金属离子的同时去除，并考虑了使用后膜的环境管理。具体而言，H-CNTs、ZnO纳米粒子和水凝胶网络的引入分别提供了界面调节、光催化净化和污染物吸附的互补功能。此外，水凝胶基质的生物降解特性为使用后的膜处理提供了环保的途径。设计膜的结构特征、多功能处理机制和环境应用将在后续章节中系统探讨。
章节摘录
材料
壳聚糖（CTS）、氢氧化钠（NaOH）、丙烯酸（AA，99%）、丙烯酰胺（AM）、N,N-甲基双丙烯酰胺（NMBA）、过硫酸铵（APS）和十二烷基硫酸钠（SDS）购自McLean Chemical Reagent。六水合硝酸锌（Zn(NO3)2·6H?O）和盐酸（HCl）由Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd.提供。羟基功能化碳纳米管（H-CNTs）来自Graphene Gold Medal Mall。乙酸酐由Runjing Chemical Co., Ltd.提供。
多功能膜的设计概念和结构特征
为了解决同时去除多种污染物和使用后膜的环境问题，合理设计了一种多功能半导体-水凝胶复合膜（PNCN-ZnO/H-CNTs）（图1）。与主要关注单一污染物去除的传统膜不同，该膜在一个平台上集成了油水分离、光催化降解和金属离子吸附功能。
此外
结论
总之，我们开发了一种环境友好的半导体-水凝胶复合膜，它在单一平台上结合了高效分离、光催化降解和金属吸附功能。实验和理论结果共同支持所提出的多功能机制，其中H-CNT辅助的乳化作用和ZnO的带结构调节有助于实现油水分离和有机污染物的降解，而水凝胶
CRediT作者贡献声明
Meng Chen： 形式分析。Ruihan He： 数据管理。Zhikun Wang： 软件开发。Chaofan Ma： 形式分析。Zi Cheng： 形式分析。Xianzhen Shao： 形式分析。Yunchao Peng： 形式分析。Jinyue Yang： 原始稿撰写、形式分析、数据管理。Kuiqi Liu： 数据管理。Wenjing Sun： 形式分析。Jingyue Wang： 方法论研究、资金申请。Songqing Hu： 资金申请。Hui Feng： 原始稿撰写、数据管理。Peijing Luo： 数据管理。Jie Wang：
利益冲突声明
所有作者均声明没有竞争性财务利益或个人关系。
致谢
Jingyue Wang感谢山东省泰山学者基金会（tsqn202507115）和青岛市自然科学基金（25-1-1-195-jyyd-jch）的支持。本工作得到国家自然科学基金（52474020）的支持。Jie Wang感谢病虫害绿色防控重大专项（110202401013(LS-03)）和（110202401018(LS-08)）的支持。本工作还得到了中央高校基本科研业务费（Jingyue）的支持。
Jinyue Yang|Hui Feng|Peijing Luo|Meng Chen|Chaofan Ma|Zi Cheng|Ruihan He|Zhikun Wang|Kuiqi Liu|Wenjing Sun|Xianzhen Shao|Yunchao Peng|Songqing Hu|Jie Wang|Jingyue Wang
