基于二维纳米材料的水处理功能膜研究进展

李胄彦，戴若彬，李洋，王雪野，王志伟，2

（1同济大学环境科学与工程学院，上海 200092；2同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092）

膜分离技术是一种利用分离膜的选择透过性，以压力差、浓度差、电位差、温度差等为推动力，对料液中不同组分进行分离、浓缩和纯化的分离技术。基于膜分离的水处理技术具有处理效率高、占地面积小、易于模块化和自动化控制等优势，已越来越广泛地应用在水处理的各个领域，在应对水资源短缺、保障饮用水安全以及水环境污染治理中均发挥了重要作用。然而，在膜分离技术的实际应用中，仍存在膜污染、膜渗透性和选择性的矛盾关系（即trade-off效应）等关键技术难题。在操作运行过程中，无机、有机污染物以及微生物会逐渐在膜的表面或者膜孔内沉积，造成可逆或不可逆的膜污染，导致膜的通量和使用寿命下降[1-4]。而传统有机膜材料的渗透性与选择性往往难以同时得到提升，存在着两者此升彼降的技术瓶颈[5]。

随着石墨烯（Gr）、氧化石墨烯（GO）等石墨烯类材料以及石墨相氮化碳（g-C3N4）、二硫化钼（MoS2）、二维过渡金属碳化物/氮化物（MXene）等众多新兴二维纳米材料（2D nanomaterials）快速发展，二维纳米材料[也被称为二维纳米片（2D nanosheets）或二维片层材料（2D flakes）]引起了环境、能源、材料、生命科学等诸多领域的研究兴趣[6-10]。在新型膜材料中，二维纳米材料以其原子尺寸厚度的独特片层结构作为功能膜的纳米级构筑单元，通过有序的堆叠和自组装在膜内构建出规整的水通道。……