浙江農林大學與寧波大學聯合研究團隊在膜分離技術領域取得突破性進展,相關成果發表于《環境工程技術學報》。研究團隊利用上海行恒科技有限公司研發的LF-1500微納米氣泡發生器,成功開發出一種兼具高滲透性與高選擇性的納米氣泡-氧化石墨烯(NBs-GO)復合膜。該膜對亞甲基藍等染料的截留率高達99.88%,同時水滲透率較傳統氧化石墨烯膜提升超50.8%,為解決膜分離技術中滲透性與選擇性相互制約的難題提供了創新方案。
研究團隊通過創新性地將納米氣泡技術引入氧化石墨烯膜制備過程,構建了新型復合膜結構。具體工藝為:將氧化石墨烯懸浮液經微納米氣泡發生器循環處理,使納米氣泡吸附于片層表面形成NBs-GO懸浮液,再通過真空抽濾在基底上成膜。掃描電鏡觀測顯示,復合膜表面平整度顯著優于傳統膜,接觸角測試表明其親水性提升約20%,這得益于納米氣泡界面效應對膜表面性質的改善。
性能測試數據顯示,NBs-GO膜在染料分離領域表現優異。對亞甲基藍、羅丹明B、副品紅三種典型染料,截留率均穩定在95%以上,其中對亞甲基藍溶液的水滲透率達989.7 L/(m2·h·MPa),較傳統膜提升50.8%。X射線衍射分析揭示,濕潤狀態下復合膜層間距擴大至11.37 ?,為水分子傳輸提供了更寬敞的通道。Zeta電位測試進一步證實,納米氣泡的引入使懸浮液負電性增強,從-42.51 mV提升至-53.15 mV,強化了膜與帶正電染料分子間的靜電排斥作用。
研究深入探討了關鍵工藝參數對膜性能的影響機制。實驗表明,高溫(80℃)條件下制備的氧化石墨烯所成復合膜性能更優,其水滲透率是低溫(10℃)制備膜的3倍以上。膜厚度優化實驗發現,100 nm厚度膜在滲透性與截留率間達到最佳平衡。值得注意的是,在過濾過程中額外引入納米氣泡反而會降低水滲透率,這歸因于帶負電的氣泡與帶正電染料分子的結合削弱了電荷排斥效應。
長期穩定性測試驗證了該膜的工業化應用潛力。在72小時連續過濾實驗中,復合膜對亞甲基藍的截留率始終保持在90%以上,水滲透率波動小于5%。與同類納濾膜的對比分析顯示,NBs-GO膜在水滲透率(868.3 L/(m2·h·MPa))和截留率(99.93%)兩項核心指標上均達到國際領先水平。
機理研究表明,納米氣泡在膜結構中扮演著"納米支架"的關鍵角色。其通過三方面作用提升膜性能:一是插入片層間防止π-π堆疊導致的通道阻塞;二是作為物理支撐增大層間距;三是通過界面效應增強膜表面親水性。這種純物理改性方法避免了傳統化學交聯劑的毒性殘留與二次污染,為綠色環保型膜材料的開發提供了新思路。該成果在紡織印染廢水深度處理領域具有重要應用價值,相關技術已申請國家發明專利。





















