韩国梨花女子大学环境科学与工程系Minju Cha等--氧化石墨烯陶瓷纳滤膜在半导体废水处理中的铵保留潜力研究
陶瓷膜具有较高的耐化学性和耐污染性，在工业废水处理中可以发挥重要作用。在本研究中，我们展示了氧化石墨烯(GO)组装陶瓷纳滤膜(NF)的制备，其对半导体废水的处理具有有效的氨保留和良好的抗污染性能。在陶瓷超滤(UF)基底上通过GO和聚乙烯亚胺(PEI)的逐层(LbL)组装制备了GO陶瓷纳滤膜。通过表面表征和孔径评价，验证了GO-陶瓷纳滤膜的成功制备。我们还研究了不同双层结构的GO-陶瓷纳滤膜对氨离子的截取性能。采用三层GO-PEI双分子层的GO-陶瓷纳滤膜对模拟和真实半导体废水的氨氮去除率分别是原始陶瓷超滤膜的8.4倍和3.2倍。我们还使用真实的半导体废水样本评估了过滤后膜通量的恢复，以验证GO-陶瓷纳滤膜的低污染潜力。结果表明，膜通量恢复率从原始超滤膜的39.1%提高到三层和十层GO陶瓷纳滤膜双分子层的71.0%和90.8%。本研究开发的低污染GO-陶瓷纳滤膜是去除半导体废水中铵离子的有效选择，具有广阔的应用前景。
图1. 陶瓷超滤膜上GO-PEI双层涂层LbL组装工艺流程示意图。
图2. (a)原始陶瓷UF膜和(b)制备的GO-陶瓷NF膜的FE-SEM图像。
图3. (a)原始陶瓷UF膜和(b)制备GO-陶瓷NF膜的AFM分析。
图4. (a)原始陶瓷UF膜和(b)制备的GO陶瓷NF膜的水接触角的代表性图像。
图5. 分子量(MW)为300-20000 g/mol的聚乙二醇(PEG)溶液与原始陶瓷超滤膜和制备的GO-陶瓷纳滤膜的累积分布函数。截留率基于测量的溶质总有机碳(TOC)浓度。
图6. 原始陶瓷UF膜和所制备的GO-陶瓷NF膜的FTIR光谱。
图7.原始陶瓷超滤膜和制备的GO-陶瓷纳滤膜的表面XPS分析。(a) C 1s窄扫描光谱和(B)碳、氧、氮和钛相对于陶瓷膜表面存在的元素之和的分数柱状图。
图8. 透水性(Jn/Ji)和铵离子滞留率(Rn/Ri)与涂在原始陶瓷超滤基底上的双分子层数(n)的关系。0.0表示纯净的陶瓷超滤膜。
图9. 三层(n=3.0)和十层(n=10.0)GO-陶瓷纳滤膜(Rn)与原始陶瓷超滤膜(Ri)对模拟含铵和实际半导体废水的氨去除率之比(n=3.0和n=10.0)。
图10. 实际半导体废水的原始和GO-陶瓷NF膜的通量恢复率（FRR）和抗污染率。
相关研究成果由韩国梨花女子大学环境科学与工程系Minju Cha等人于2021年发表在Chemosphere (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131745)上。原文：Investigating the potential of ammonium retention by graphene oxide ceramic nanofiltration membranes for the treatment of semiconductor wastewater。