水过滤用膜材料的制备及其性能研究进展

赵晓燕，黄晨，刘远

(常州大学 石油化工学院，江苏 常州 213164)

全球制造业的发展带来的水污染问题备受社会的密切关注，为了有效去除污水中的有机化合物、金属离子及其他污染物，研究者们根据污染物的物理化学性质，进行了多种技术方法的尝试，其中包括生物类处理[1]、化学技术类(光催化降解[2]、化学氧化[3]和离子交换[4])以及物理方法(吸附和膜过滤[5])。就以上水处理技术方法中，相对效率高、操作简单、选择性强的膜过滤技术，被认为是最有效去除水中污染物的方法。膜的分类方式因膜材料、形态及分离物性质的不同而多种多样，各种膜的过滤过程都有其自身的特点。如何在保证膜分离技术精度不断提高的同时，制备出环保经济且高效的分离膜已成为目前膜制备研究方法的重要发展方向。因此，本文将从膜制备工艺的角度出发，介绍膜分离技术领域中围绕膜结构的控制和膜性能的提升等展开系列研究。

1 水过滤膜分类

1.1 平板膜

平板膜可以根据膜体孔径大小的分布情况，分为不对称膜和对称膜。过滤时以膜两侧的压力差为驱动力，膜为过滤介质，渗透的物质分子直径不同则渗透率不同，在一定压力作用下，当料液流过膜表面时，只允许水、无机盐、小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶和微生物等大分子物质通过。膜体可分为表皮层和支撑层。表皮层质地致密，厚度相对小，其决定了膜的选择性和渗透性能。而支撑层具有多孔结构，可提供必要的机械强度。对称膜即在所有方向上的孔隙率都相似，通过对膜体内部孔径尺寸和孔隙分布进行均一化设计，形成各向同性膜。近年来，在非对称膜体内制备具有各向同性的层结构，形成具有分子筛作用的分离膜，成为目前膜结构设计中的热点研究方向。科研工作者通过调控膜液组成、凝固浴成分及凝固时间等膜成形条件，来控制平板膜内部的孔隙结构，以达到提高膜的分离效率的目的。

1.1.1 无机平板膜 以陶瓷为原料的无机平板膜相对于金属膜、沸石膜以及玻璃膜，具有耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高、抗微生物能力强和使用寿命长等优点，因此陶瓷膜的应用相对较广。其典型的工艺为经过溶胶-凝胶、相转变及烧结等工艺最终制得陶瓷膜。Tsuru教授[6]对于陶瓷膜有较早且深入全面的研究，对不对称陶瓷膜结构进行了具体分析，通过在涂膜液中加入对陶瓷膜的结构及渗透性能起到决定作用的造孔剂，使膜体按照孔径尺寸分布情况，形成了具有三层结构的平板膜，即致密的表皮层、小孔的中间层以及疏松的支撑层。这种三层结构的陶瓷膜相对于两层结构的膜材料，表现出更高的截留率。具有分层结构的平板膜有望在石油化工油水分离领域得到广泛的应用。

Chen等[7]研究了通过在膜表层引入二氧化硅纳米粒子制备出超亲水且水中超疏油的分层陶瓷膜结构，用于油水乳液的分离，改进了传统膜单纯依靠膜孔洞大小进行筛分的技术。此陶瓷膜对油水乳液的分离效率在99.95%以上。高等[8]选用在陶瓷膜材料中更具有化学稳定性的二氧化锆作为膜的过滤层材料，在其表面化学接枝十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)，并在保持膜孔隙结构及形貌的基础上，使原本呈现亲水性的膜表面展现出较好的超疏水性，使得油的通量变为原来的2倍，同时提高了膜的抗污染性能。虽然陶瓷膜在分离精度和耐污能力方面有其突出的优点，但由于其原材料昂贵使得膜元件和装置造价高，且脆性大，部分过程装置运行能耗相对较高等因素又限制了其应用范围。

因此，各种无机膜材料的开发应用不断被探索，以改进陶瓷膜的使用缺点。近年来，介孔二氧化硅材料用于过滤吸附得到了研究者的青睐，由于介孔材料独特的孔道结构，使其在吸附分离方面展示出突出的优越性。美国Pacific Northwest National Laboratory，Liu团队[9]在Scinece上首次报道杂化介孔二氧化硅的功能化，并用于吸附溶液中Hg2+，以获得较高的吸附率，由此引起了研究者对介孔材料吸附性能的重视。随后一系列修饰性介孔二氧化硅的开发，被用于研究工业电镀废水中Ni2+和Cu2+的吸附分离[10]；对贵金属离子 Pd2+和Pt2+的选择性吸附能力的测试[11]；以及对Cr4+和Cr3+的选择性吸附条件的影响因素及机理的探讨[12]。然而介孔薄膜的孔道取向目前一般平行于薄膜表面，使得垂直薄膜表面方向上的通透性受到极大限制。Liu等[13]利用油-水两相法，通过胶束组装及界面生长的控制，实现了在厘米尺度下仍具有孔道垂直且厚度小于50 nm、形貌完整的介孔二氧化硅薄膜，弥补了传统商业化过滤膜孔径分布由几十到几百纳米不等，无法实现对纳米级物种精确筛分的缺点。为可规模化应用、低成本、绿色环保且高性能的纳米分离器件构筑提供了一条较佳的途径。

1.1.2 有机平板膜 有机平板膜是基于高分子材料而发展形成的一类膜，并且随着高分子材料的不断发展，相比于无机膜，有机膜材料因为单位膜面积制造成本低、膜组件装填密度大、力学使用性能好等优势，在水过滤应用方面已经占领了膜市场更多的份额。利用高分子材料的多样性及易于进行化学改性的特点，有机平板膜已经在有机溶剂回收、蛋白质分子截留和油水分离等多个领域展开了深入的研究。例如，Chung等[14]报道了一种便捷、高效、绿色的纳滤膜制备方法，该方法对膜表层致密性和支撑层孔隙结构的调整不同于传统界面聚合的方式，而是通过界面化学交联的方式，进一步提高了有机平板膜选择性层与载体层的粘附性，以此制备了具有较高的孔隙率和较好的抗膜压刚度的纳滤膜，并将其用于乙醇、丙酮和四氢呋喃等有机溶剂的过滤测试。Wang等[15]以嵌段共聚物为分离膜表层，将其在水相中沉积到大孔支撑层上，通过控制水的挥发度以及嵌段共聚物的溶胀度，以控制分离膜的表层厚度及其内部孔结构，最终得到厚度仅为17 nm且内部相连的纳米孔结构膜，并将其用于牛血清蛋白的分离。Xiong等[16]利用喷涂技术以及蒸汽诱导相分离过程形成了一种结节微结构孔涂覆膜，该膜具有超疏水和超亲油的特性，能够利用油相自身重力驱动实现油水混合物的分离，分离率高达99.0%。

分离膜在运行过程中需施加一定的压力，有机平板膜的耐压性与其过滤通量有着直接的关系，因此一般不认为低分子量的材料适合用于制备分离膜。Cohen等[17]采用直接在聚醚砜(PES)基膜上依次使PP2b(一种两亲性构建单元)与Nafion胶体进行沉积，Nafion胶体在PP2b非共价交联层上自组装的作用，制备出一种具有力学性能优异的膜材料，即Nafion层疏松多孔而PP2b层较为致密的PP2b/Nafion复合膜。从沉积Nafion胶体前后PP2b层厚度的巨大变化可初步分析得出是力学压与Nafion层渗透压一起作用的结果，但其微观机理仍待进一步的研究。测试结果表明，其对Ni2+、Cd2+和Pd2+等离子的去除并不受pH的限制，且截留率均在99%左右，即说明此分离膜具有较佳的离子截留性能，明显高于目前所报道的分离膜，但随着膜的进一步被压实，通量也由60 L/(h·m2·bar)下降至3 L/(h·m2·bar)。

膜的耐污性也是考察膜性能好坏的重要指标，在水净化过程中要保证膜材料能够更好的进行污染物的分离，而并不是污染物进入到膜内部。一是要保证膜具有良好的水通量，二是确保膜的分离效率和使用寿命。这就要求处于过滤膜上层的致密层要有良好的阻隔效果。Sinha等[18]采用两亲性聚氨酯(PU)大分子制备了耐污垢聚砜(PSF)平板超滤膜，通过溶剂聚合改性后的PU与PSF直接混合通过相转化法制备出具有耐污垢性能的PSF平板超滤膜，亲水端在PSF膜表层形成一层亲水膜层，可以有效增加与水的亲和性，以增加膜的水通量。结果表明，改性后的PSF平板膜相比于未改性的平板膜水通量回收率高出91%以上，表现出较好的重复利用性。

正是因为平板膜较好的耐污性，在实际应用中，平板膜组件的清洗最为便捷，既可将膜组件吊出清洗也可将膜元件单片抽出清洗。平板膜单张更换的特点，使其对预处理的要求较低。随着矿泉水净化、生产生活用水净化、医药提纯、果汁浓缩等行业对水质要求的不断提高，中空纤维膜应运而生成为分离膜领域的另一种重要形式。如果说平板膜宜在较高的污染物浓度下运行，那么中空纤维膜宜在较低的污物环境下进行水的高纯化处理。并且中空纤维膜的堆积密度相比于平板膜要高，因此更适于在相对较高的通量下运行。

1.2 中空纤维膜

中空纤维膜拥有较高的比表面积，易于集成及器件化，是目前工业用膜的主要形式之一。中空纤维膜操作方式有两种，一种是分离液在膜外侧走，通过在膜内侧加负压，从而液体可透过膜壁在膜内侧获得渗透液；另一种与之相反，即料液在膜内侧走，渗透液从外侧流出。不同操作方式决定分离皮层的位置不同，而在后一种操作方式下，外部环境对内壁皮层的侵蚀将会被避免。中空纤维的制备过程中对其中空度和截面圆整度要求高，膜壁微孔及其分布有一定要求，还可涂一层或两层不同超薄分离层，以提高分离效果和选择性。

Sankhala等[19]将用于平板膜自组装形成有序均孔膜的研究思想应用在中空纤维膜上，研制出在纤维内壁进行自组装直通均孔膜的工艺。氮气在此不仅能够加速溶剂挥发，保证膜内腔形状，防止聚合物溶液融合引起堵塞，同时还能建立气液界面为内壁聚合物发生微相分离挣得足够时间，进而形成有序均一的多孔结构。另外利用界面进行精确控制相分离的行为，为多层次多孔材料的制备提供了很好的借鉴。但聚苯乙烯(PS)的膜力学性能不好且嵌段共聚物成本较高，因此开发其他更好的成膜聚合物用于制备复合中空纤维膜将成为研究者们新的目标。

钙钛矿(ABO3-δ)中空纤维膜因高装填密度、快速传质等独特的优点，近年被开发用于能源环境领域，具有非常广阔的应用前景。Zhu等[20]直接利用廉价易得的原材料(如碳酸钡、氧化钴、氧化铁等)经过相转化和热处理过程设计开发了一步热处理法制备钙钛矿中空纤维膜。结果表明，与传统方法相比，该方法可节约时间近50%，能耗也可降低50%左右，实现零排放的同时还能够精确控制钙钛矿化学计量比，通过优化烧结过程如降低烧结温度、减少烧结时间，便能获得高性能膜。用于纯氧制备过程测试时，氧渗透通量达到12.5 mL/(min·cm2)，超过工业化应用10 mL/(min·cm2)的理想值。准确的化学计量比一直是钙钛矿中空纤维膜性能需克服的难点，因此开发设计出简单、经济和可靠的制备方法是实现其产业化应用面临的巨大挑战。

在实际使用过程中，中空纤维膜组件不可避免的会发生断丝现象，主要是由于中空纤维在工作状态下处于长时间的大幅度振动状态，致使其组件封闭段纤维根部产生材料疲劳，一旦发生断丝，纤维间就容易缠结，从而造成中空纤维膜的过滤性能急剧下降。因此开发一种比表面积大且具有较好力学使用性的膜材料成为研究的必然趋势。

1.3 静电纺纤维膜

静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在静电场的作用下从喷丝孔喷射纺丝。喷丝孔即针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端拉伸延展得到纤维细丝，最终沉积到接收器上形成纤维膜。静电纺装置设备多样化，有单喷头、多喷头甚至无喷头等制备装置，以及平板、平行极板、水浴和滚筒等接收装置。并且调控参数简便，可高效精确构筑出不同材质的分离膜。近年还发展出与3D打印技术、微流控技术相结合的电纺装置等，因此可制备出串珠状纤维、多孔纤维、核壳纤维、定向纤维、带状纤维、图案化纤维、纳米纤维束和纳米三维宏观结构。静电纺纤维膜适用范围较广，在生物医学、废水处理及电极材料的性能改进上都发挥了不可替代的作用[21-22]。尤其是在水处理领域，通过静电纺丝法制备的纳米纤维具有比表面积大、渗透性好、孔径小和孔隙连通性好等特点，非常适合形成三维网络结构，作为分离过滤用材料。

Kang等[23]以聚己内酯(PCL)多孔纤维膜作为基底膜，在其上仍采用静电纺丝法纺制具有光响应性偶氮基团的环氧基聚合物纤维(如聚分散橙3，PDO3)薄层，再使用偏振光诱导使其光流体化，进而使得该表层多孔膜的纤维直径增加，即相应的孔径达到由微米级到纳米级的转变，而底层PCL多孔膜的孔径则保持不变，进而得到PDO3/PCL复合多孔分离膜。结果表明，该复合膜对油水分离的截留效率可达99.96%，过滤通量为(1.42×104±354)L/(m2·h·bar)。此外，也因光流体化效应使得PDO3聚合物纤维层向PCL层发生渗透使得复合多孔膜的力学强度和界面结合力得到进一步的增强。该方法同时拓展了分离膜在燃料净化、空气过滤和水处理等对膜孔径尺寸有较严格要求的应用领域。Yun等[24]借助电纺丝技术制备出了聚丙烯腈(PAN) 纳米纤维膜，其平均直径范围为270～400 nm。相对于玻纤和聚烯烃的商业过滤器，由静电纺技术制备出的纳米纤维过滤器直径更均匀。Yan等[25]通过热处理及负载多巴胺的方法充分利用静电纺高比表面积的优点制备出PVA/PAA@PDA膜，并对酸性染料甲基蓝进行了吸附测试，具体制备工艺及吸附测试说明其对甲基蓝(BS)的最大吸附量可达到1.15×103mg/g，具有高效易于操作的优点，并且重复利用性能较好，扩展了PVA膜在水处理中的应用。

虽然通过静电纺技术制备的膜材料具有极大的孔隙率，有利于水过滤过程通量的增加，但是由于静电纺纤维相互搭接的孔隙结构比较松散，孔隙相对较大，通常情况下不能单独作为过滤分离材料使用，因此需要对其表层结构的致密性进行改进。美国Stony Brook大学Hsiao和Chu教授团队[26-27]在静电纺纳米纤维膜的制备方面进行了大量的研究，利用直径为5～10 nm的纤维素纤维膜代替传统过滤膜涂覆致密层，并研究了该纳米复合膜的渗透性。依照同样的设计理念，Wang等[28]利用纤维沉积法及溶胀后处理制备了阻隔层厚度为300 nm的聚丙烯腈/聚乙烯醇(PAN/PVA)微滤复合纤维膜，论证了膜的物性参数与过滤性能之间的联系，该课题组首先制备了作为基底层的PAN纳米纤维膜，再利用电喷射的方法在其上制备了PVA表层，快速利用热板加热处理法使PVA层纤维熔融，通过控制热处理的时间，制得表层致密基底层疏松多孔的PVA/PAN复合膜。测试表明，其对牛血清蛋白(BSA)的截留率可达98%，其水通量为173.0 L/(m2·h)。在控制阻隔层厚度方面，该团队[29]也用类似的方法将PVA纳米纤维纺制于PAN纤维膜上，使用水蒸气对PVA表面进行融化，得到更密的PVA纤维层，再经戊二醛(GA)交联剂溶液进行交联，从而得到表层仅有0.6 μm的PVA/PAN纤维复合膜，在0.3 MPa下对于水包油乳液的分离性能达到99.5%，通量可达210 L/(m2·h)。此复合膜的制备方法可扩展用于很多高分子膜材料，只需选择合适的交联剂便可。

静电纺纤维过滤膜在水通量和截留率等性能稳定性方面已经越来越成熟，甚至某些参数优于商品过滤膜，但是静电纺纤维商品膜的市场份额远不及平板膜和中空纤维膜，这主要与静电纺纤维膜在成型加工过程中的稳定性有极大的关系，首先是在静电场作用下纺丝液的射流处于不稳定的状态，因此纤维沉积在接收器上呈现杂乱无章的形态，孔隙结构控制难度大，沉积厚度以及沉积面积也需要更准确的控制；其次，静电纺纤维膜后处理工艺相对复杂，需要在纤维膜表面形成阻隔层才能达到过滤分离效果，阻隔层的厚度、致密性等工艺条件的控制要求也较高，静电纺纤维过滤膜复杂的制备工艺限制了其在水过滤领域的推广应用。因此开发化学稳定性好、尺寸稳定性高、制备工艺简便以及过滤性能优的膜材料是研究者一直努力的方向。

2 膜性能改进方法

2.1 添加成孔剂

高孔隙率在膜的应用过程中起到关键的作用，通常情况下可以采用模板法或者相分离的方法在膜内部产生孔隙结构，但此方法在实际应用中易受限，为扩展其应用，便需对其进行改性，直接添加成孔剂是最便捷有效的一种方式，针对不同制备方法也可选择不同的成孔剂。成孔剂不光可以改变筹膜液的热力学及动力学性能，还可以有效改善膜的通透性及抗污染性能。

Asghar等[30]借助丙三醇作为成孔剂采用相转化法制备了醋酸纤维素/聚偏氟乙烯-偏氟乙烯六氯丙烯(CA/PVDF-HFP)多孔膜，由于独特的微孔结构，使得膜具有高孔隙率、高电解液吸收和离子电导率高的效果，相比传统膜反应器，该膜具有更高的放电容量，并可保持优良的循环使用性能。Zhao等[31]通过添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚苯胺(PANI)纳米纤维到聚砜(PSF)超滤膜制备溶液中，对比分析了所成超滤膜的具体形成机理及不同添加剂对其结构和性能方面的影响。PANI作为添加剂使用时所得PSF超滤膜的表层更薄，更易于水通量的提高，接着通过纯水通量、对蛋白的截留效果、抗污染性能、添加剂的稳定性及机械强度等方面的测试结果进一步表明，PANI更适于用作PSF超滤膜的添加剂，所得超滤膜对蛋白的截留率保持在97%以上。Saljoughi等[32]通过添加PVP作为成孔剂，采用1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂制备了多孔CA平板膜，CA膜性能有所改进，但所成膜的内部孔洞较大，并未真正达到通量截留同步增大的效果，仍需进一步的改进。

2.2 环境友好材料的复合

目前分离膜的原料多选用如聚醚砜(PES)、聚酰亚胺(PI)及聚偏氟乙烯(PVDF)等高分子类材料，但绝大多数原料都是不可降解的，关于使用后废弃膜的处理问题仍是环境关注的热点，因此开发环境友好型的过滤膜逐渐被重视，多种生物复合物膜材料应运而生。

壳聚糖(CS)作为天然无毒、自然可生物降解并且生物相容性优的甲壳素脱乙酰作用提取的多糖，另因其表面多羟基和氨基官能团，已成为一个非常具有吸引力的聚合物，此外，壳聚糖的氨基在酸性条件下易质子化使得壳聚糖带正电荷，这也是壳聚糖膜在形成过程中的重要属性。在膜分离领域，CS较少单独作为膜材料进行应用，其成膜性与稳定性都需进行改进。Du等[33]采用逐级真空抽滤的方法，即在纤维膜表面先抽滤形成CS层膜，然后再将TiO2悬浮液经抽滤负载于CS表面，从而形成表面超亲水且水下超疏油的CS-TiO2复合膜，用于解决现有油水分离乳液去除中如何达到高效的问题。实验测试结果表明，对水中含有十六烷的乳液其去除通量为6.0×103L/(m2·h)，比传统用于油水分离的膜明显高出一个数量级，另外其去除效率可达97%，有望在工业及日常油水乳液分离中发挥较大的作用。Zhao等[34]通过CS在聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)纤维膜表面进行涂覆，并对其涂覆量及干燥方式等制膜方法进行了考察，同时对重金属离子的去除进行了测试表征，结果表明，PHBV/CS为1∶1、干燥方式为自然干时所制得的复合膜对于重金属离子的去除有较明显的改进，同时对于分散染料的去除可达到99%。

醋酸纤维素(CA)作为化学改性纤维素后的天然高聚物，具有优良的使用性能。Tsioptsias等[35]把氧化铁纳米粒子添加到CA电纺溶液中，采用静电纺丝的方法制备了CA-Fe2O3纳米纤维，通过Fe2O3添加量的改变考察了其对CA纤维膜性能的影响，发现Fe2O3纳米粒子有效增强了CA纤维膜的机械稳定性及耐热性能，提高了其在水处理及生物医学中的应用范围。Zhou等[36]制备CA/蚕丝蛋白纤维用于重金属离子吸附，取得了重要成就。Goetz等[37]利用甲壳素对CA膜表面进行了交联改性，制备出超亲水性纤维膜，结果表明，甲壳素溶液浓度为5%时CA纤维膜的强度提高131%，硬度提高340%，同时在0.05 MPa下通量仍保持1.4×104L/(m2·h)，使超疏水CA膜变为超亲水复合膜，有效改善了膜的耐污性能。对于环境友好膜材料的可降解问题是此类材料最大的优势，此类材料还处于发展阶段，在膜的化学稳定性和使用寿命方面需要进一步完善。

2.3 功能化改性

近年，在吸附分离领域，越来越多高比表面积的材料受到膜分离领域研究者们的关注，如活性炭(AC)、环糊精(β-CD)、氧化石墨烯(GO)等。众所周知，对于功能分离膜的设计原理，主要包括空间位阻效应、化学相互作用和静电相互作用。若能找到将以上三种分离原理集于一身的材料，在分离膜的制备与应用领域将会极具优势。

Alsbaiee等[38]采用传统环糊精材料经过亲核芳香族取代反应制备出新型多孔环糊精(P-CDP)材料，其比表面积为263 m2/g，通过直接抽滤将其负载在纤维膜表面，对含多种微污染物的水进行抽滤去除，结果表明P-CDP对双酚A(BPA)的去除效果表现最佳，并可在10 s内达到快速过滤的效果，大大提高了膜在水处理中的效率问题。Sun等[39]设计了一种由带正电的氢氧化物纳米片(LDH-NS)和带负电的GO构成的分离膜，实现了由电荷调控的选择性离子传输。表明GO与纳米片分子自组装的协同效应在其中发挥了主导作用。使该薄膜在污水处理、化工精炼等领域具有较大潜在应用价值。

为提高复合膜的性能，常采用较简单的直接负载高性能无机材料的方法，但在广泛认为的抽滤方法中如何达到控制所成膜的通量与截留吸附性能方面研究较少[40-41]。Xu等[42]通过减慢抽滤时石墨烯的沉积速率，使得石墨烯片层得到更好的组装，即未氧化区域相对，氧化区域相对，从而有效改善其堆砌结构，使其通量与截留同时得到显著提升。测试结果表明，缓慢抽滤的石墨烯膜对己烷的选择渗透性较之前提高5倍以上。随着膜厚度的增加，慢速抽滤所得组装结构的水通量比快速抽滤的多4倍，且热力学稳定性很好。由此可见，通过优化制备过程很可能比优化材料结构本身可获得更大的性能提升。

Morelos-Gomez等[43]针对石墨烯膜堆砌结构不稳定且连续化制备困难等问题，研制出一种简单稳定且易规模化的新型分离膜，用于染料或盐的过滤分离。将PVA作为胶粘层涂附在聚砜膜表面，接着将GO与多层石墨烯(FLG)通过共同喷涂的方法负载在支撑膜表面，再采用热处理法与Ca2+交联。测试结果表明，膜在40～100 mL/min的流速下激烈错流过滤120 h膜可依然保持良好性能，主要在于石墨烯与PVA粘附层的氢键或共价键的稳定性作用。另外，膜的通量也有显著提升，主要在于帮助分散FLG的脱氧胆酸盐(DOC)促使GO片层间距增大的原因。

Zhang等[44]通过层层组装及表面接枝分子刷技术，制得可用于实现高效净化水质和油水乳液分离的多级复合材料。利用抽滤法，将负载大量金纳米颗粒的聚苯乙烯复合微球(PS@AuNPs)进行紧密堆积组装，从而形成复合微球薄膜，随后将亲水性碳纳米管薄膜在微球膜表面进行沉积，制得具有催化功能且表面超亲水水下超疏油的复合薄膜。测试结果表明，膜的处理通量可达3.5×103L/(m2·h·bar)，在油水分离的同时，可对水溶性的有机污染物快速催化分解，其催化效率可达92.6%，此方法所成膜的力学性能及催化稳定性均较好，可连续重复操作，为废水处理提供了新的思路。

3 结束语

随着膜分离技术的日益完善，膜材料在过滤领域的应用将日益广泛。水处理用分离膜除需具有足够的机械强度外，其性能指标主要通过分离通量及分离效率这两个参数进行衡量。如何提高分离效率实现过滤膜材料在水处理中的高效利用成为一项具有挑战性的工作。尤其是具有较高孔隙率的过滤膜近年来受到研究者的高度关注。然而，过滤膜普遍存在的耐污性差、透过阻力大、重复利用率低的问题，又使其处于成本高、效率低的尴尬局面，因此需要在过滤膜的成型结构设计和形态调控方面展开较为深入的研究。通过探索有关膜的结构控制原理，膜的批量制备均匀性和服役稳定性的影响规律，掌握结构调控的关键性影响因素及其结构特性与吸附分离的作用机制，进而为探索制备高效分离材料的有效途径奠定基础，以实现水处理膜材料在高效低阻过滤分离方面的关键技术开发及产业化生产。