利用纳米混合基质膜增强纤维素膜的选择性与渗透性

UF膜是在污水处理中使用最广泛的膜种类之一，它可以实现大分子量物质从水体中的高效分离。膜材料本身是对其性能影响最大的因素，常规的高分子膜材料包括PVDF、PAN和PES等都是不可降解的，它们的过多使用势必会对环境造成不良影响。CA材料具有良好的韧性、优异的生物相容性和低成本等优点，但是研究发现采用相分离法制备的CA UF膜的水通量往往较低，这主要是因为其孔隙率低、表面分离层致密。此外，CA UF膜的抗菌性能、抗污染性能以及稳定性也不甚理想，这些都限制了其实际应用。

北京林业大学的Zhang等在相转化法制备CA UF膜的过程中引入MOFs@GO（MOFs为金属有机框架材料），得到混合基质CA膜。MOFs有效抑制了GO的团聚，使得MOFs@GO改性的CA UF膜的亲水性明显提高，膜的水通量和抗污染性能得到改善。

CA UF膜具有典型的非对称结构，下层是手指形状的大孔，上层是致密的分离层。GO、MOFs和MOFs@GO的引入不会破坏CA的结构，研究发现下层孔径变大，这可能是因为MOFs和GO的加入加速了相转化进程。相比于相同GO添加量的CA/GO，CA/MOFs@GO的孔径要更大一些，这是因为MOFs有效抑制了GO纳米片的团聚，从而使其亲水性官能团被充分利用。AFM表征测试结果表明，GO、MOFs和MOFs@GO的引入降低了CA UF膜的表面粗糙度，其中MOFs@GO的效果更好。随着GO和MOFs@GO添加量的增加，CA UF膜的亲水性提高，并且MOFs@GO的作用效果更明显。如图2-11所示，过滤分离测试结果表明，相比于未经改性的CA UF膜，GO、MOFs和MOFs@GO的引入均在一定程度上提高了膜的水通量，其中MOFs@GO0.12的效果最好，这主要归因于三方面：（1）GO的引入明显提高了膜的亲水性；（2）多孔MOFs引入额外的水传输通道；（3）MOFs和GO相互作用，抑制了GO团聚，使其充分发挥作用。抗污染测试结果表明，加入MOFs@GO0.12也可最大程度上提高膜的抗污染性能。

(www.xing528.com)

图2-11　MOFs@GO纳米填料对CA UF膜通量的影响

Colburn等借助离子液体将GQDs分散于CA UF膜内制备了纳米混合基质膜，提高了纤维素膜的选择性、渗透性和表面特性。与以往报道的混合衬底膜不同，作者采用离子液体作为GQDs和纤维素的共同溶剂，在纤维素膜成型的过程中，引入GQDs。结果发现，GQDs与纤维素通过氢键牢固结合，在对流和剪切应力下稳定。GQDs分布在纤维素膜的表面，提高了膜层表面的亲水性,并增加了表面的负电荷。该复合膜的过滤性能介于超滤膜和纳滤膜之间，可以选择性地分离分子量不同的模型染料，同时允许盐离子通过。此外，测试结束后GQDs仍较好地保留在复合膜内。