蒙脱土增强聚醚砜复合膜的制备及其对阴离子染料的高效去除研究

本期推荐：针对纺织废水中有毒阴离子染料难降解问题，伊朗Urmia大学团队通过相转化法制备了蒙脱土(MMT)/聚醚砜(PES)复合膜。研究发现添加5 wt% MMT可使膜孔隙率达68.2%，水通量提升至35 L/m2·h，对刚果红(CR)、甲基橙(MO)和喹啉黄(QY)的去除率分别达99%、92%和81%。该研究为可持续水净化技术提供了新型高效解决方案。

　　

纺织工业排放的合成染料对水生态系统构成严重威胁，每年约有70万吨染料被使用，其中相当比例直接排入水体。这些染料不仅具有毒性，部分甚至能在环境中存留长达46年。传统处理方法如超声-超滤联用、活性污泥系统等存在效率不足的问题，而膜技术因其高效截留特性成为研究热点。然而，普通聚醚砜(PES)膜存在疏水性强、易污染等缺陷。针对这一环境挑战，伊朗Urmia大学的研究团队创新性地将天然层状硅酸盐蒙脱土(MMT)引入PES基质，开发出具有增强性能的纳米复合膜，相关成果发表在《BMC Chemistry》上。

研究团队采用相转化法制备系列MMT/PES复合膜，通过FT-IR、FE-SEM、EDX等技术表征材料特性，结合水通量、接触角、孔隙率等测试评估膜性能。染料去除实验采用自制死端过滤装置，在5 bar压力下测试对CR、MO、QY等阴离子染料的截留效率。

材料表征显示，MMT成功嵌入聚合物基质，其羟基在3622 cm^-1和3438 cm^-1的特征峰在复合膜中得以保留。FE-SEM观察到MMT的加入使膜结构从指状孔转变为海绵状，表面粗糙度随MMT含量增加而提升。EDX分析证实5 wt% MMT膜中硅、铝元素的均匀分布。

性能测试表明，含5 wt% MMT的膜展现最佳综合性能：水接触角从纯PES的63°降至50°，水通量达35 L/m²·h，孔隙率提升至68.2%。染料去除实验揭示分子量是影响截留率的关键因素——分子量696 g/mol的CR去除率最高(99%)，其次是477 g/mol的QY(81%)和327 g/mol的MO(92%)。MMT的负电荷表面与阴离子染料间的静电排斥作用增强了分离效果。

长期测试显示，MMT的加入显著改善膜的抗污染性能。含10 wt% MMT的膜在甲基蓝静态吸附实验中表现最优，这归因于MMT增加的负电荷位点对阳离子染料的静电吸附。然而，过高MMT含量(10 wt%)会导致颗粒聚集，反而降低有效表面积和分离效率。

该研究创新性地利用MMT的双重功能：作为吸附剂增强染料捕获能力，同时作为抗污染剂改善膜亲水性。相比传统材料，PES/MMT膜具有三大优势：(1)MMT的层状结构提供更大比表面积；(2)硅羟基改善水分子传输；(3)负电荷表面强化阴离子染料排斥。这些特性使其在纺织废水处理中展现出显著优越性。

这项研究为开发高效、可持续的水处理技术提供了新思路。MMT的天然丰度和低成本特性，结合PES优异的机械性能，使该复合膜具有工业化应用潜力。未来研究可进一步探索膜在复杂废水体系中的长期稳定性，以及MMT与其他纳米材料的协同效应，推动环境友好型分离材料的实际应用。