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  隨著全球人口的激增和化石原料的即將耗盡，水資源短缺、能源緊張和環(huán)境污染已成為當(dāng)今世界面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。水資源的短缺與污染，不僅嚴(yán)重制約著社會(huì)的發(fā)展，由水污染引起的疾病也成為威脅人類健康的危險(xiǎn)殺手。因此，在從根本上減少水污染的同時(shí)，如何能有效、低能耗地進(jìn)行污水處理及廢水的回收利用成為當(dāng)前人們所關(guān)注的焦點(diǎn)。在眾多的水處理工藝中，膜分離技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代，被認(rèn)為是“21世紀(jì)最有發(fā)展前景的技術(shù)之一”。中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所鄭煜銘研究員課題組致力于新型膜材料的研發(fā)及其在抗生素廢水處理方面的研究。 

  正滲透（FO）是一種新型的濃度驅(qū)動(dòng)型膜分離過(guò)程，操作過(guò)程不需外界施壓，具有能耗低、操作條件溫和、鹽截率高等優(yōu)點(diǎn)；與傳統(tǒng)的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離技術(shù)相比，F(xiàn)O過(guò)程還具有膜污染較輕、膜過(guò)程和設(shè)備較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。隨著FO越來(lái)越受到人們的重視，大量研究聚焦于FO技術(shù)在能源、海水淡化、制藥工業(yè)、廢水處理以及食品加工等領(lǐng)域的應(yīng)用。研究組將商業(yè)化的FO復(fù)合薄膜用于四環(huán)素廢水的回收分離，研究了FO技術(shù)處理四環(huán)素廢水的性能。研究實(shí)驗(yàn)表明：商業(yè)FO膜水通量和TC截留率分別高于20 LMH和99.0%；四環(huán)素的濃縮因子可達(dá)到2.6，經(jīng)FO濃縮的TC能通過(guò)結(jié)晶進(jìn)行回收該工作發(fā)表在Sep. Purif. Technol. 2015,153:76-83。 

FO能濃縮廢水中抗生素，經(jīng)濃縮的TC可通過(guò)結(jié)晶法回收 

  FO膜是正滲透分離的核心，現(xiàn)有FO膜低的水通量、嚴(yán)重的內(nèi)部濃差極化和膜污染等問(wèn)題，限制了正滲透技術(shù)的廣泛應(yīng)用。開(kāi)發(fā)新型的高性能正滲透復(fù)合膜，在保持高選擇性的同時(shí)，減少內(nèi)部濃差極化，提高水通量，增強(qiáng)膜抗污染性能，成為FO大規(guī)模應(yīng)用亟需解決的問(wèn)題。隨著納米科技的發(fā)展，納米纖維膜的出現(xiàn)有望克服這一瓶頸。而靜電紡絲技術(shù)是制備具有連續(xù)長(zhǎng)纖維結(jié)構(gòu)納米纖維膜最直接、最高效的方法。由于其具有比表面積大、內(nèi)部貫穿的孔道等特點(diǎn)，以靜電紡纖維膜作為膜支撐層，有望有效地降低傳質(zhì)阻力，提高水通量。因此，研究組以制備高性能FO膜為出發(fā)點(diǎn)，采用靜電紡絲技術(shù)為基礎(chǔ)制備新型的納米纖維FO復(fù)合膜，并將制備的FO膜用于抗生素廢水處理。研究表明：自制FO膜納米纖維支撐層為多孔支架結(jié)構(gòu)，具備低的結(jié)構(gòu)系數(shù)值（168μm），有效地減輕膜內(nèi)部濃差極化，且具有較好的選擇滲透性，以2 M NaCl為驅(qū)動(dòng)液的條件下，水通量達(dá)能41 LMH；將自制FO膜用于FO-MD（膜蒸餾）耦合系統(tǒng)處理TC廢水，結(jié)果表明，F(xiàn)O-MD耦合系統(tǒng)有效地分離TC，TC去除率高達(dá)99.9%，且水回收率為15%-22%。該工作發(fā)表于J. Membr. Sci., 2017, 523, 205-215。

采用靜電紡絲技術(shù)與界面聚合相結(jié)合的方法，制備靜電紡納米纖維自支撐聚酰胺/聚丙烯腈復(fù)合膜；制備的FO膜具有低的結(jié)構(gòu)系數(shù)值和較好的選擇滲透性；將其用于FO-MD耦合系統(tǒng)處理抗生素廢水，不僅能有效地分離抗生素，同時(shí)還能產(chǎn)淡水。

  為了進(jìn)一步提高FO膜的抗污染性能，研究組應(yīng)用原位合成將納米銀引入納米纖維支撐層，成功制備了負(fù)載銀納米顆粒的抗菌FO復(fù)合膜。通過(guò)原位還原制備的粒徑約為10 nm的銀納米顆粒均勻地分散在PAN纖維內(nèi)部及纖維表面；銀納米顆粒的引入增強(qiáng)了支撐層的親水性，促進(jìn)膜水通量的增高；銀釋放速度緩慢，釋放時(shí)間長(zhǎng)，能長(zhǎng)期有效地提供痕量銀離子；自制抗菌FO復(fù)合膜對(duì)大腸桿菌（E. coli）與金黃色葡萄球菌（S. aureus）表現(xiàn)出良好的抑制生長(zhǎng)作用。該成果發(fā)表于Ind. Eng. Chem. Res. 2019, 58, 984-993。

原位合成制備了抗菌型納米纖維自支撐FO膜；有效抑制膜表面E. coli 和S. aureus的生長(zhǎng)；明顯減緩FO膜生物污染

  文章鏈接：

  https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.08.034

  https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.09.045

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.iecr.8b04893