工业废水中重金属的深度去除,要求纳滤膜(NF)同时具备高水通量、高重金属截留率和良好的抗污染性能。传统的聚酰胺NF膜制备过程复杂,且通常带负电,对重金属阳离子的截留主要依靠尺寸筛分和Donnan排斥,效果有限。受贻贝黏附蛋白启发的聚多巴胺(PDA)与聚乙烯亚胺(PEI)的共沉积,是一种简单、快速、普适的膜表面改性方法,可一步构建具有多功能性的选择层。在弱碱性、有氧条件下,多巴胺和PEI共同在PES基膜表面聚合和交联,形成一层致密、亲水的PDA/PEI涂层。PEI的引入,不仅加速了沉积过程,其分子链上大量伯胺、仲胺基团在pH<9时极易质子化,使膜表面在中性条件下带有很强的正电荷。这种强正电性,对水中以阳离子形式存在的重金属(如Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺)能产生极强的Donnan(同离子)排斥效应。同时,PEI的胺基和PDA的酚羟基,都是对重金属离子有强络合能力的配位基团,能够通过专性吸附进一步将穿透膜孔的重金属离子捕获。这两种机制的协同作用,使得该膜对重金属的截留率极高,且不易因竞争离子而失效。
制备的PDA/PEI纳滤膜,纯水渗透通量高。在过滤含有Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺(各10mg/L)的模拟废水时,对这些重金属的截留率均稳定在98%以上,出水浓度低于0.1mg/L。在含有高浓度Na⁺、Ca²⁺背景的模拟废水中,对目标重金属的截留率仅有微弱下降,展现了卓越的选择性。同时,该膜具有良好的抗有机污染和生物污染能力。该研究提供了一种一步法、水相、绿色制备高性能正电性纳滤膜的简便策略,为工业废水中重金属的深度去除和资源化回收提供了高效的膜材料。
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