利用单-2-（甲基丙烯酰氧基）乙基琥珀酸酯接枝技术制备耐微/纳米塑料的超高滤膜

《Journal of Water Process Engineering》：Harnessing mono-2-(methacryloyloxy) ethyl succinate grafting for robust micro/nanoplastic-resistant ultrafiltration membranes

微塑料/纳米塑料污染严重威胁超滤膜过滤性能，本研究通过等离子体接枝MMES改性膜表面，显著提升抗污性（RWF提高119%，FRR达91.35%）和长期稳定性，优化条件为2分钟预处理、0.5M单体浓度、3小时接枝时间。

　　

Mohadeseh Najafi | Javad Farahbakhsh | Mitra Golgoli | Michael Johns | Masoumeh Zargar

埃迪丝·考恩大学工程学院，澳大利亚西澳大利亚州Joondalup Drive 270号，邮编6027

摘要

微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）在水系统中的日益增多对传统处理工艺，尤其是膜过滤技术，构成了严重威胁。本研究重点探讨了一种通过等离子体诱导接枝单-2-(甲基丙烯酰氧)乙基琥珀酸酯（MMES）来改性商用超滤（UF）膜的表面改性策略，以增强其抗污染能力。采用高分辨率扫描电子显微镜（HRSEM）、X射线光电子能谱（XPS）和原子力显微镜（AFM）等先进分析技术对膜进行了表征，证实了接枝的成功，并观察到膜的亲水性增强以及表面电荷变得更负。在最佳接枝条件下（预处理2分钟、单体浓度0.5 M、接枝时间3小时），改性膜的相对水通量（RWF）达到0.90，通量恢复率（FRR）达到91.35%，分别比对照膜提高了119%和52%。尽管优化后的膜在纯水通量（PWF）方面略低于对照膜（分别为133 LMH和137 LMH），但其显著的抗污染性能提升了其实际应用价值。长期稳定性测试表明，在最佳条件下，由于MMES与膜基质之间的共价键稳定存在，改性膜的性能能够长期保持。研究结果证明了MMES接枝在减轻污染和提升膜性能方面的有效性，显示出其在先进水处理技术中的实际应用潜力。

术语表

命名法

微塑料	MPs
纳米塑料	NP
超滤	UF
聚醚砜	PES
聚乙烯	PE
单-2-(甲基丙烯酰氧)乙基琥珀酸酯	MMES
纯水通量	PWF
相对水通量	RWF
预处理时间	tP
接枝时间	tG
单体浓度	CM
方差分析	ANOVA
去离子水	DI
接枝产率	GY
饮用水回收厂	DWRPs
通量恢复率	FRR
可逆污染比率	RFR
不可逆污染比率	IFR
总污染比率	TFR
正交阵列	OA
信噪比	SNR

材料

商用聚醚砜（PES，分子量100 kDa）超滤膜购自美国Synder Filtration公司。在进行任何过滤实验之前，膜先用去离子水冲洗，然后储存在含有4%（重量）亚硫酸钠的溶液中以抑制细菌生长。用于膜表面改性的单体单-2-(甲基丙烯酰氧)乙基琥珀酸酯（MMES）由德国达姆施塔特的Merck公司提供。此外，还使用了干燥的白色聚乙烯（PE）微球。

结果与讨论

在开展过滤实验之前，对未经改性和经过改性的膜进行了表征测试，以评估接枝的MMES层对其表面性质的影响，从而减轻MPs/NPs在膜表面的吸附。这些表征测试也有助于验证接枝过程的可行性。为正确解读测试结果，需深入理解接枝反应的机制。

结论

本研究通过等离子体诱导的接枝聚合反应对PES超滤膜进行了表面改性，以减轻MPs/NPs的污染。MMES在膜表面的成功接枝显著提高了膜的亲水性和电荷，从而改善了膜的性能。通过测量PWF、RWF和TFR来评估表面改性的效果。在最佳接枝条件下，改性膜的性能得到了显著提升。

CRediT作者贡献声明

Mohadeseh Najafi：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法论设计、数据分析、概念构思。 Javad Farahbakhsh：撰写——审稿与编辑、方法论设计。 Mitra Golgoli：撰写——审稿与编辑。 Michael Johns：撰写——审稿与编辑、监督工作。 Masoumeh Zargar：撰写——审稿与编辑、验证工作、资金筹措、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢澳大利亚研究委员会（ARC DECRA DE220101043）提供的财务支持，以及AMP基金会对Masoumeh Zargar博士的支持，以及ARC博士奖学金对Mohadeseh Najafi的支持，使得本研究得以顺利进行。由于作者并非英语母语者，因此使用了AI生成程序（ChatGPT 5）来提高文本的可读性和语法准确性，同时由人工进行监督和控制。