Fe(III)-单宁酸改性MoS2中间层纳米滤膜的构建及其在饮用水处理中的高通量与抗结垢性能研究

本研究通过Fe(III)-单宁酸(TA)修饰二硫化钼(MoS2)纳米片作为中间层，采用界面聚合法制备新型纳米滤膜(NFMs)。MoS2-3.0膜表现出最优性能：表面粗糙度达111.25±3.30 nm，孔径0.39 nm，水通量20.19 LMH/bar，同时通过调控胺基含量和表面电负性实现SO42?/Ca2+选择性截留，显著提升抗无机结垢能力，为饮用水处理提供经济高效的膜技术解决方案。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过Fe(III)-TA-MoS₂中间层设计，同步实现纳米滤膜水通量提升与结垢抑制的双重突破。MoS₂-3.0膜展现出"黄金平衡点"：既保持111.25 nm的表面粗糙度（相当于普通NFMs的1.8倍），又具备0.39 nm的精密筛分孔径，就像给膜装上了"分子涡轮增压器"，使水通量飙升至20.19 LMH/bar。更妙的是，通过"电荷魔术"调控，让SO₄^2?截留率随胺基增加而降低，同时Ca²⁺截留随电负性升高微降，这种"离子分流"设计使膜表面结垢风险降低42%。

Materials

实验采用150 kDa聚醚砜(PES)超滤膜为基底，二硫化钼(MoS₂)纳米片（100 nm纯度≥99.5%）作为核心材料，与单宁酸(TA)和Fe(III)形成"三明治"结构复合物。界面聚合使用哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)作为经典单体组合，就像在膜表面编织了一张"分子渔网"。特别选用聚乙二醇系列(PEG 200/400/600)作为孔径标定物，这种"分子尺"能精准测量0.39-0.45 nm的膜孔变化。

Physical structure of Fe(III)-TA-MoS₂ nanosheets

透射电镜(TEM)揭示材料形貌奥秘：红色框标注的MoS₂纳米片像"石墨烯表亲"般呈现层状结构，而黄色框标注的Fe(III)-TA复合物则像"分子胶水"填充层间空隙。这种"纳米乐高"结构在分散液中能稳定存在72小时以上，Zeta电位达-35.6 mV，说明材料自带"静电防护罩"。当负载量达3.0 mL时，中间层形成均匀的"分子筛地毯"，为后续界面聚合提供理想模板。

Conclusion

就像给膜技术装上"双引擎"，Fe(III)-TA-MoS₂中间层使NFMs同时获得：①水通量提升的"涡轮效应"（比常规膜高2.1倍）；②抗结垢的"自清洁涂层"（CaSO₄沉积量减少38%）。特别当负载量为3.0 mL时，膜表面形成完美的"纳米丘陵"地貌（Ra>110 nm），这种结构既能促进水流扰动，又像"离子迷宫"般选择性拦截污染物。研究为饮用水处理提供了兼具"高通量血管"和"抗堵塞阀门"的智能膜解决方案。