Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜：制備工藝、性能表征與應(yīng)用前景一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今科技與工業(yè)飛速發(fā)展的時(shí)代，膜分離技術(shù)作為一種高效、節(jié)能且環(huán)保的分離手段，在眾多領(lǐng)域中占據(jù)著舉足輕重的地位。從化工生產(chǎn)到生物制藥，從海水淡化到污水處理，膜分離技術(shù)的身影無(wú)處不在，其重要性不言而喻。納濾膜作為膜分離技術(shù)的重要分支，以其獨(dú)特的納米級(jí)孔徑和表面電荷特性，展現(xiàn)出卓越的分離性能。它能夠高效截留特定的溶質(zhì)，如二價(jià)、三價(jià)離子以及分子量大于200的有機(jī)物，而對(duì)某些小分子物質(zhì)和一價(jià)離子則具有一定的透過(guò)性。這種特殊的分離能力，使得納濾膜在水處理領(lǐng)域中備受青睞。在飲用水制備和深度凈化方面，納濾膜能夠有效去除水中的重金屬離子、農(nóng)藥殘留、微生物等有害物質(zhì)，為人們提供安全、健康的飲用水；在海水淡化過(guò)程中，納濾膜可實(shí)現(xiàn)對(duì)海水中鹽分和其他雜質(zhì)的高效分離，降低海水淡化成本，提高水資源的利用率；在廢水處理領(lǐng)域，納濾膜能夠?qū)I(yè)廢水和生活污水進(jìn)行深度處理，實(shí)現(xiàn)水資源的回收利用，減少污染物的排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。隨著對(duì)納濾膜性能要求的不斷提高，開(kāi)發(fā)新型的復(fù)合納濾膜成為研究的熱點(diǎn)。氧化石墨烯（GO）作為一種具有獨(dú)特二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的材料，因其大的比表面積、良好的親水性和高的機(jī)械強(qiáng)度，成為構(gòu)建復(fù)合納濾膜的理想材料。然而，單一的GO膜在某些性能方面仍存在一定的局限性，如通量較低、抗污染能力有待提高等。為了進(jìn)一步提升納濾膜的性能，將其他功能性材料與GO復(fù)合成為一種有效的策略。二硫化鉬（MoS?）是一種典型的過(guò)渡金屬硫化物，具有類(lèi)似石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)。MoS?納米片之間存在著較弱的范德華力，這使得其在構(gòu)建具有特殊通道結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，MoS?還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和催化活性，能夠?yàn)閺?fù)合膜帶來(lái)一些額外的功能。將MoS?與GO復(fù)合，可以形成MoS?-GO復(fù)合膜，通過(guò)兩者的協(xié)同作用，有望提高膜的通量和選擇性。在這種復(fù)合結(jié)構(gòu)中，MoS?納米片可以插層在GO納米片層之間，擴(kuò)大膜的層間距，從而提高水的滲透率；同時(shí)，MoS?的化學(xué)穩(wěn)定性和特殊結(jié)構(gòu)也有助于增強(qiáng)膜的選擇性，提高對(duì)特定溶質(zhì)的截留能力。銀納米顆粒（AgNP）具有出色的抗菌性能，這是由于銀離子能夠與細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子結(jié)合，破壞細(xì)菌的正常生理功能，從而達(dá)到殺菌的目的。將AgNP引入MoS?-GO復(fù)合膜中，制備成Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜，不僅可以利用AgNP的抗菌性能有效抑制膜表面微生物的生長(zhǎng)和繁殖，減少膜污染的發(fā)生，提高膜的使用壽命；還可以進(jìn)一步優(yōu)化膜的結(jié)構(gòu)和性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)納濾膜性能的多重調(diào)控。在實(shí)際應(yīng)用中，這種復(fù)合納濾膜可以更好地適應(yīng)復(fù)雜的水質(zhì)環(huán)境，在保證高效分離性能的同時(shí)，維持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，為水處理等領(lǐng)域提供更優(yōu)質(zhì)的解決方案。本研究聚焦于Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的制備及其性能研究，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從理論層面來(lái)看，深入探究Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的制備過(guò)程、結(jié)構(gòu)特征以及性能表現(xiàn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，有助于豐富和完善復(fù)合納濾膜的制備理論和性能調(diào)控機(jī)制，為新型復(fù)合納濾膜的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)研究不同制備條件對(duì)膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，揭示AgNP、MoS?和GO之間的協(xié)同作用機(jī)制，進(jìn)一步拓展二維材料在膜分離領(lǐng)域的應(yīng)用理論。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，開(kāi)發(fā)高性能的Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜，能夠有效解決傳統(tǒng)納濾膜在水處理等領(lǐng)域面臨的通量低、選擇性差、易污染等問(wèn)題，為水資源的高效利用和環(huán)境保護(hù)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。在飲用水安全保障方面，該復(fù)合納濾膜可以更徹底地去除水中的有害物質(zhì)，確保飲用水的質(zhì)量；在工業(yè)廢水處理中，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效率的污染物分離和資源回收，降低工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響，推動(dòng)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀納濾膜作為一種重要的膜分離材料，在國(guó)內(nèi)外都受到了廣泛的關(guān)注和研究。在復(fù)合納濾膜制備方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的探索。在國(guó)外，美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家處于研究前沿。美國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)致力于開(kāi)發(fā)新型的膜材料和制備工藝，如利用先進(jìn)的納米技術(shù)將功能性納米粒子均勻地分散在聚合物基質(zhì)中，以制備具有特殊性能的復(fù)合納濾膜。德國(guó)的研究則側(cè)重于優(yōu)化膜的結(jié)構(gòu)，通過(guò)精確控制膜的孔徑分布和表面形態(tài)，提高膜的分離效率和選擇性。日本的學(xué)者則在膜的耐久性和穩(wěn)定性方面取得了顯著成果，研發(fā)出能夠在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的復(fù)合納濾膜。國(guó)內(nèi)的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。眾多高校和科研機(jī)構(gòu)積極開(kāi)展相關(guān)研究，如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)等。清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)界面聚合的方法，制備出具有高水通量和良好選擇性的聚酰胺復(fù)合納濾膜，并深入研究了制備過(guò)程中各種因素對(duì)膜性能的影響。浙江大學(xué)的學(xué)者則專(zhuān)注于將天然高分子材料引入復(fù)合納濾膜的制備中，利用其良好的生物相容性和可降解性，制備出環(huán)境友好型的復(fù)合納濾膜。天津工業(yè)大學(xué)在中空纖維復(fù)合納濾膜的制備方面取得了重要突破，提高了膜的裝填密度和分離性能。對(duì)于Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的研究，目前尚處于發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)外已有一些相關(guān)的研究報(bào)道。有研究通過(guò)真空抽濾法制備了Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜，探究了MoS?負(fù)載量對(duì)膜性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)MoS?和GO質(zhì)量比為6∶1時(shí)，MoS?-GO膜對(duì)四種染料的截留率均在95%以上，水滲透率約為1.13L/(m2?h?bar)，相較于純GO膜提升了近2倍；Ag@MoS?-GO膜在保持與MoS?-GO膜同等優(yōu)異的染料截留性能的同時(shí)，水滲透率達(dá)到1.89L/(m2?h?bar)，相較于MoS?-GO膜又提升了0.7倍。還有研究分析了該復(fù)合膜對(duì)不同鹽的截留規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其對(duì)4種鹽的截留規(guī)律滿足：R(Na?SO?)>R(MgSO?)>R(NaCl)>R(MgCl?)，截留率分別為78%、67%、51%和41%，較MoS?-GO納濾膜有顯著提高，且該膜展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。然而，目前的研究仍存在一些不足之處。一方面，對(duì)于Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的制備工藝，還需要進(jìn)一步優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更精確的控制和大規(guī)模的制備。不同制備方法和條件對(duì)膜結(jié)構(gòu)和性能的影響機(jī)制尚未完全明確，需要深入研究以提高膜的性能穩(wěn)定性和重復(fù)性。另一方面，在膜的性能研究方面，雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但對(duì)于其在復(fù)雜實(shí)際環(huán)境中的長(zhǎng)期運(yùn)行性能和抗污染性能的研究還相對(duì)較少。實(shí)際水樣中存在多種污染物和復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，膜在這種環(huán)境下的性能變化和污染機(jī)理還需要進(jìn)一步探索，以提高膜的實(shí)際應(yīng)用效果和使用壽命。此外，對(duì)于Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的抗菌機(jī)制和抗菌持久性的研究也有待加強(qiáng)，以更好地發(fā)揮其抗菌性能，減少膜污染的發(fā)生。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究圍繞Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的制備及其性能展開(kāi)，主要內(nèi)容和采用的方法如下：1.3.1研究?jī)?nèi)容材料制備：通過(guò)化學(xué)合成法制備銀納米顆粒（AgNP），利用機(jī)械剝離法或化學(xué)氣相沉積法等制備二硫化鉬（MoS?）納米片，采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯（GO）。在此基礎(chǔ)上，以聚醚砜（PES）微濾膜為載體，經(jīng)多巴胺改性后，通過(guò)真空抽濾法將MoS?納米片、GO和AgNP組裝在一起，制備Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜。探索不同制備條件，如MoS?與GO的質(zhì)量比、AgNP的負(fù)載量、真空抽濾的時(shí)間和壓力等，對(duì)復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，確定最佳的制備工藝參數(shù)。結(jié)構(gòu)表征：運(yùn)用多種表征技術(shù)對(duì)制備的材料和復(fù)合納濾膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析。采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察膜的表面形貌和斷面結(jié)構(gòu)，了解膜的微觀形態(tài)和各組分的分布情況；通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)一步觀察AgNP、MoS?納米片和GO在復(fù)合膜中的微觀結(jié)構(gòu)和相互作用；利用X射線衍射儀（XRD）分析膜的晶體結(jié)構(gòu)，確定各組分的晶體形態(tài)和結(jié)晶度；使用傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）表征膜表面的化學(xué)官能團(tuán)，明確各組分之間的化學(xué)鍵合情況；通過(guò)X射線光電子能譜儀（XPS）分析膜表面元素的化學(xué)狀態(tài)和組成，深入了解膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)。性能測(cè)試：對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的納濾性能進(jìn)行全面測(cè)試。在一定的操作壓力下，以不同的染料溶液和鹽溶液為測(cè)試對(duì)象，測(cè)定膜的水通量和對(duì)不同溶質(zhì)的截留率，分析膜的分離性能。研究不同測(cè)試條件，如壓力、溶液濃度、溫度等，對(duì)膜性能的影響規(guī)律。通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，考察膜的穩(wěn)定性和耐久性，評(píng)估膜在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。采用細(xì)菌培養(yǎng)法，以常見(jiàn)的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等為測(cè)試菌種，測(cè)試膜的抗菌性能，分析膜對(duì)不同菌種的抗菌效果和抗菌持久性。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究AgNP負(fù)載量對(duì)膜抗菌性能的影響，揭示抗菌機(jī)制。通過(guò)測(cè)定膜在不同污染條件下的通量變化和截留率變化，評(píng)估膜的抗污染性能。分析污染前后膜的表面形貌和化學(xué)組成變化，探討膜的污染機(jī)理，并研究不同清洗方法對(duì)膜污染的恢復(fù)效果。1.3.2研究方法實(shí)驗(yàn)法：按照設(shè)定的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行材料制備和膜性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)，如材料的配比、制備工藝條件等，研究其對(duì)膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。表征分析法：運(yùn)用各種表征技術(shù)對(duì)材料和膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)表征結(jié)果的解讀，深入了解膜的微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)等信息，為解釋膜的性能提供理論依據(jù)。對(duì)比分析法：設(shè)置對(duì)照組，對(duì)比不同制備條件下的膜性能，以及復(fù)合納濾膜與其他傳統(tǒng)納濾膜的性能差異。通過(guò)對(duì)比分析，明確本研究制備的Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，找出影響膜性能的關(guān)鍵因素。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析法：對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，運(yùn)用圖表、曲線等方式直觀地展示數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，建立膜結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系模型，為膜的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。二、實(shí)驗(yàn)材料與方法2.1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)制備Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜所需材料及其規(guī)格和來(lái)源如下：聚醚砜（PES）微濾膜：平均孔徑為100nm，厚度約為100-150μm，購(gòu)自上海某膜材料科技有限公司。該微濾膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，能夠?yàn)閺?fù)合納濾膜提供穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)。二硫化鉬（MoS?）粉末：純度≥99%，粒徑在1-5μm，由南京某納米材料有限公司提供。其具有類(lèi)似石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)，納米片之間存在較弱的范德華力，在構(gòu)建具有特殊通道結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。氧化石墨烯（GO）粉末：采用改進(jìn)的Hummers法自制。自制的GO具有較高的氧化程度和良好的分散性，能夠在復(fù)合膜中形成均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供豐富的親水性基團(tuán)，有利于提高膜的親水性和水通量。硝酸銀（AgNO?）：分析純，純度≥99.8%，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。作為制備銀納米顆粒（AgNP）的前驅(qū)體，通過(guò)化學(xué)還原法可將其還原為具有抗菌性能的AgNP。硼氫化鈉（NaBH?）：分析純，純度≥96%，由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。在制備AgNP的過(guò)程中，作為還原劑，將Ag?還原為AgNP。多巴胺（DA）：純度≥98%，購(gòu)自Sigma-Aldrich公司。用于對(duì)PES微濾膜進(jìn)行改性，多巴胺在弱堿性條件下能夠發(fā)生自聚反應(yīng)，在膜表面形成一層聚多巴胺涂層，該涂層含有豐富的氨基和羥基等活性基團(tuán)，能夠增強(qiáng)膜表面與其他材料的結(jié)合力，有利于后續(xù)MoS?納米片、GO和AgNP的組裝。無(wú)水乙醇：分析純，純度≥99.7%，購(gòu)自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。在實(shí)驗(yàn)中主要用作溶劑，用于溶解各種試劑和清洗實(shí)驗(yàn)器材，能夠有效去除雜質(zhì)，保證實(shí)驗(yàn)材料的純凈度。去離子水：實(shí)驗(yàn)室自制，通過(guò)離子交換樹(shù)脂和反滲透膜等多級(jí)處理制備而成，電阻率大于18.2MΩ?cm。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，去離子水作為主要的溶劑和清洗用水，用于配制各種溶液、清洗材料和儀器等，確保實(shí)驗(yàn)體系不受雜質(zhì)離子的干擾。氯化鈉（NaCl）：分析純，純度≥99.5%，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。用于配制鹽溶液，測(cè)試復(fù)合納濾膜對(duì)鹽的截留性能。硫酸鈉（Na?SO?）：分析純，純度≥99%，由天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司提供。同樣用于配制鹽溶液，與NaCl一起，考察復(fù)合納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)鹽離子的截留差異。亞甲基藍(lán)（MB）：分析純，純度≥98%，購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司。作為一種常用的染料，用于配制染料溶液，測(cè)試復(fù)合納濾膜對(duì)染料的截留性能，評(píng)估膜的分離性能。剛果紅（CR）：分析純，純度≥98%，由麥克林生化科技有限公司提供。與亞甲基藍(lán)類(lèi)似，用于配制染料溶液，進(jìn)一步考察復(fù)合納濾膜對(duì)不同類(lèi)型染料的截留效果，全面評(píng)估膜的分離性能。大腸桿菌（E.coli）：ATCC25922菌株，購(gòu)自中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心。用于測(cè)試復(fù)合納濾膜的抗菌性能，通過(guò)觀察膜對(duì)大腸桿菌的抑制生長(zhǎng)情況，評(píng)估膜的抗菌效果。金黃色葡萄球菌（S.aureus）：ATCC25923菌株，同樣購(gòu)自中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心。與大腸桿菌一起，作為測(cè)試菌種，更全面地考察復(fù)合納濾膜對(duì)不同種類(lèi)細(xì)菌的抗菌性能。2.2實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)中所使用的儀器及其型號(hào)和用途如下：真空抽濾裝置：型號(hào)為SHB-III，購(gòu)自鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司。該裝置主要由真空泵、抽濾瓶和布氏漏斗等部分組成。在制備Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的過(guò)程中，利用真空抽濾裝置提供的負(fù)壓環(huán)境，將MoS?納米片、GO和AgNP均勻地負(fù)載在經(jīng)過(guò)多巴胺改性的聚醚砜（PES）微濾膜上，實(shí)現(xiàn)復(fù)合膜的組裝。通過(guò)控制抽濾的時(shí)間和壓力，可以調(diào)節(jié)膜的厚度和各組分的負(fù)載量，從而對(duì)復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行調(diào)控。掃描電子顯微鏡（SEM）：型號(hào)為SU8010，由日本日立公司生產(chǎn)。SEM利用電子束掃描樣品表面，產(chǎn)生二次電子和背散射電子等信號(hào)，從而獲得樣品的表面形貌和斷面結(jié)構(gòu)信息。在本實(shí)驗(yàn)中，使用SEM觀察PES微濾膜、MoS?納米片、GO以及Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的表面和斷面微觀結(jié)構(gòu)，了解各組分在膜中的分布情況和膜的整體形態(tài)，為分析膜的性能提供直觀的結(jié)構(gòu)依據(jù)。例如，通過(guò)SEM圖像可以觀察到MoS?納米片和GO在膜表面的堆疊方式，以及AgNP在復(fù)合膜中的分散狀態(tài)。透射電子顯微鏡（TEM）：型號(hào)為JEM-2100F，日本電子株式會(huì)社產(chǎn)品。TEM通過(guò)將電子束穿透樣品，利用電子與樣品的相互作用產(chǎn)生的衍射和散射等現(xiàn)象，獲得樣品的高分辨率微觀結(jié)構(gòu)圖像。本實(shí)驗(yàn)利用TEM進(jìn)一步觀察AgNP、MoS?納米片和GO在復(fù)合膜中的微觀結(jié)構(gòu)和相互作用，如AgNP與MoS?納米片之間的結(jié)合方式，以及它們與GO之間的層間關(guān)系，深入探究復(fù)合膜的微觀結(jié)構(gòu)特征。X射線衍射儀（XRD）：型號(hào)為D8Advance，德國(guó)布魯克公司制造。XRD基于X射線與晶體物質(zhì)的相互作用，通過(guò)測(cè)量X射線在晶體中的衍射角度和強(qiáng)度，分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成。在本實(shí)驗(yàn)中，使用XRD對(duì)MoS?、GO以及Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜進(jìn)行分析，確定各組分的晶體形態(tài)、結(jié)晶度以及它們?cè)趶?fù)合膜中的晶體結(jié)構(gòu)變化，為研究復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能關(guān)系提供重要信息。例如，通過(guò)XRD圖譜可以判斷MoS?在復(fù)合膜中是否保持其原有的晶體結(jié)構(gòu)，以及AgNP的負(fù)載是否對(duì)GO的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）：型號(hào)為NicoletiS50，美國(guó)賽默飛世爾科技公司產(chǎn)品。FT-IR通過(guò)測(cè)量樣品對(duì)紅外光的吸收特性，分析樣品表面的化學(xué)官能團(tuán)和化學(xué)鍵信息。本實(shí)驗(yàn)利用FT-IR表征PES微濾膜、MoS?納米片、GO以及Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜表面的化學(xué)官能團(tuán)，明確各組分之間的化學(xué)鍵合情況，探究復(fù)合過(guò)程中化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，從而深入理解復(fù)合膜的形成機(jī)制和性能變化原因。例如，通過(guò)FT-IR光譜可以檢測(cè)到多巴胺改性后PES微濾膜表面新增的氨基和羥基等官能團(tuán)，以及MoS?、GO和AgNP之間可能形成的化學(xué)鍵。X射線光電子能譜儀（XPS）：型號(hào)為ESCALAB250Xi，美國(guó)賽默飛世爾科技公司生產(chǎn)。XPS通過(guò)用X射線照射樣品，使樣品表面原子的電子被激發(fā)出來(lái)，測(cè)量這些電子的結(jié)合能，從而分析樣品表面元素的化學(xué)狀態(tài)、組成和含量。在本實(shí)驗(yàn)中，使用XPS對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜進(jìn)行分析，確定膜表面Ag、Mo、S、C、O等元素的化學(xué)狀態(tài)和組成，深入了解膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和各組分之間的相互作用，為解釋膜的性能提供化學(xué)組成方面的依據(jù)。膜分離性能測(cè)試裝置：自制。該裝置主要由高壓泵、壓力表、膜組件、料液槽和收集瓶等部分組成。在一定的操作壓力下，將含有不同溶質(zhì)（如染料、鹽等）的溶液通過(guò)高壓泵輸送到膜組件中，利用Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜對(duì)溶液進(jìn)行分離。通過(guò)測(cè)量透過(guò)膜的溶液體積和溶質(zhì)濃度，計(jì)算膜的水通量和對(duì)不同溶質(zhì)的截留率，從而測(cè)試復(fù)合納濾膜的納濾性能。例如，在測(cè)試膜對(duì)染料的截留性能時(shí)，將一定濃度的亞甲基藍(lán)或剛果紅溶液作為料液，通過(guò)膜分離性能測(cè)試裝置，測(cè)定透過(guò)液中染料的濃度，計(jì)算出膜對(duì)染料的截留率。恒溫培養(yǎng)箱：型號(hào)為DHG-9076A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。在測(cè)試Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的抗菌性能時(shí)，將接種了大腸桿菌或金黃色葡萄球菌的培養(yǎng)基放入恒溫培養(yǎng)箱中，在特定的溫度（如37℃）下培養(yǎng)一定時(shí)間，觀察細(xì)菌在膜表面的生長(zhǎng)情況，評(píng)估膜的抗菌性能。恒溫培養(yǎng)箱能夠提供穩(wěn)定的培養(yǎng)溫度，保證細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)：型號(hào)為UV-2600，日本島津公司制造。利用物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)的光的吸收特性，通過(guò)測(cè)量溶液對(duì)紫外-可見(jiàn)光的吸收程度，來(lái)確定溶液中溶質(zhì)的濃度。在本實(shí)驗(yàn)中，用于測(cè)定染料溶液和鹽溶液在分離前后的濃度，以便計(jì)算膜的截留率，評(píng)估復(fù)合納濾膜的分離性能。例如，在測(cè)試膜對(duì)亞甲基藍(lán)的截留率時(shí)，通過(guò)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量亞甲基藍(lán)溶液在特定波長(zhǎng)下的吸光度，根據(jù)吸光度與濃度的關(guān)系，計(jì)算出分離前后溶液中亞甲基藍(lán)的濃度，進(jìn)而得到膜對(duì)亞甲基藍(lán)的截留率。2.3Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的制備2.3.1聚醚砜微濾膜的預(yù)處理將聚醚砜（PES）微濾膜裁剪成直徑為5cm的圓形膜片，以去除膜表面可能存在的雜質(zhì)和污染物，保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。將裁剪好的膜片置于盛有適量無(wú)水乙醇的玻璃皿中，無(wú)水乙醇具有良好的溶解性和揮發(fā)性，能夠有效去除膜表面的有機(jī)雜質(zhì)。在超聲清洗器中以40kHz的頻率超聲清洗15min，超聲的高頻振動(dòng)能夠增強(qiáng)清洗效果，使雜質(zhì)更容易從膜表面脫離。隨后，用鑷子將膜片取出，放入去離子水中，反復(fù)沖洗3-5次，以徹底去除殘留的無(wú)水乙醇。接著，將膜片浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉溶液能夠?qū)δけ砻孢M(jìn)行活化，增加膜表面的活性基團(tuán)，提高膜與后續(xù)負(fù)載材料的結(jié)合力。在室溫下浸泡1h，使膜表面充分活化。浸泡結(jié)束后，將膜片取出，再次用去離子水沖洗至中性，以去除殘留的氫氧化鈉，避免對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響。最后，將清洗和活化后的膜片置于真空干燥箱中，在40℃下干燥2h，去除膜片中的水分，使其達(dá)到恒重，備用。2.3.2MoS?-GO復(fù)合膜的制備準(zhǔn)確稱(chēng)取一定質(zhì)量的MoS?粉末和GO粉末，按照不同的質(zhì)量比（如2∶1、4∶1、6∶1等）分別放入裝有50mL去離子水的燒杯中。為了使MoS?和GO在水中充分分散，采用超聲分散的方法。將裝有混合溶液的燒杯置于超聲清洗器中，以60kHz的頻率超聲處理30min。超聲的高能作用能夠打破MoS?和GO顆粒之間的團(tuán)聚，使其均勻地分散在去離子水中，形成穩(wěn)定的懸浮液。將預(yù)處理后的PES微濾膜固定在布氏漏斗上，布氏漏斗與抽濾瓶相連，抽濾瓶再與真空泵連接，形成真空抽濾裝置。開(kāi)啟真空泵，使抽濾裝置內(nèi)形成負(fù)壓環(huán)境。將超聲分散后的MoS?-GO懸浮液緩慢倒入布氏漏斗中，在負(fù)壓的作用下，懸浮液中的水分被快速抽濾掉，MoS?和GO顆粒則逐漸沉積在PES微濾膜表面。通過(guò)控制懸浮液的倒入量和抽濾時(shí)間，可以精確控制MoS?和GO在微濾膜上的負(fù)載量。例如，當(dāng)需要增加負(fù)載量時(shí)，可以適當(dāng)增加懸浮液的倒入量或延長(zhǎng)抽濾時(shí)間；反之，則減少懸浮液的倒入量或縮短抽濾時(shí)間。抽濾完成后，將負(fù)載有MoS?-GO的微濾膜從布氏漏斗上小心取下，放入真空干燥箱中，在40℃下干燥3h，使膜中的水分完全去除，得到MoS?-GO復(fù)合膜。2.3.3Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的制備在50mL的去離子水中加入一定量的硝酸銀（AgNO?），攪拌使其完全溶解，配制成濃度為0.01mol/L的AgNO?溶液。將制備好的MoS?-GO復(fù)合膜浸泡在AgNO?溶液中，確保膜完全浸沒(méi)在溶液中。在室溫下浸泡1h，使Ag?充分吸附在MoS?-GO復(fù)合膜的表面。在攪拌條件下，向AgNO?溶液中緩慢滴加濃度為0.05mol/L的硼氫化鈉（NaBH?）溶液。NaBH?作為還原劑，能夠?qū)⑽皆谀け砻娴腁g?還原為銀納米顆粒（AgNP）。滴加過(guò)程中，溶液顏色會(huì)逐漸發(fā)生變化，這是由于AgNP的生成?？刂芅aBH?溶液的滴加量，使AgNP在MoS?納米片上生長(zhǎng)并插層在GO納米片層之間。根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)AgNO?與NaBH?的物質(zhì)的量之比為1∶2時(shí)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)AgNP的負(fù)載和復(fù)合膜性能的優(yōu)化。滴加完畢后，繼續(xù)攪拌反應(yīng)30min，使還原反應(yīng)充分進(jìn)行。反應(yīng)結(jié)束后，將膜取出，用去離子水反復(fù)沖洗多次，以去除膜表面未反應(yīng)的試劑和雜質(zhì)。最后，將膜置于真空干燥箱中，在40℃下干燥2h，得到Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜。2.4性能測(cè)試與表征2.4.1微觀結(jié)構(gòu)表征利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察膜的表面和截面形貌。在進(jìn)行SEM測(cè)試前，先將制備好的Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜裁剪成5mm×5mm的小塊，用導(dǎo)電膠將其固定在樣品臺(tái)上。為了避免電子束照射時(shí)產(chǎn)生電荷積累，影響成像質(zhì)量，需對(duì)樣品進(jìn)行噴金處理，在樣品表面均勻地鍍上一層厚度約為10nm的金膜。將處理好的樣品放入SEM樣品室中，設(shè)置加速電壓為15-20kV，調(diào)節(jié)電子束的聚焦和掃描參數(shù)，獲取膜表面和截面的SEM圖像。通過(guò)觀察SEM圖像，可以清晰地看到膜表面的微觀結(jié)構(gòu)，如MoS?納米片和GO的分布情況、AgNP的負(fù)載位置和尺寸大小，以及膜的截面中各層的厚度和界面情況，從而分析膜的微觀結(jié)構(gòu)特征。使用透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)一步觀察膜的微觀結(jié)構(gòu)。將復(fù)合納濾膜樣品切成極薄的切片，厚度控制在50-100nm左右，以保證電子束能夠穿透。采用超薄切片機(jī)進(jìn)行切片操作，切片完成后，用銅網(wǎng)撈取切片，將其放入TEM樣品桿中。將樣品桿插入TEM中，設(shè)置加速電壓為200kV，調(diào)節(jié)電子束的聚焦和成像參數(shù)，獲取TEM圖像。TEM圖像能夠提供更高分辨率的微觀結(jié)構(gòu)信息，如AgNP與MoS?納米片之間的結(jié)合方式、它們與GO之間的層間相互作用等，有助于深入了解復(fù)合膜的微觀結(jié)構(gòu)。2.4.2化學(xué)組成分析通過(guò)傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）分析膜的化學(xué)組成。將少量的Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜樣品研磨成粉末，與干燥的溴化鉀（KBr）粉末按1∶100的質(zhì)量比混合均勻，在瑪瑙研缽中充分研磨，使樣品與KBr粉末充分混合。將混合好的粉末放入壓片機(jī)中，在10-15MPa的壓力下壓制3-5min，制成透明的薄片。將薄片放入FT-IR樣品池中，在400-4000cm?1的波數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，掃描次數(shù)為32次，分辨率為4cm?1。通過(guò)分析FT-IR光譜，可以確定膜表面存在的化學(xué)官能團(tuán)，如MoS?中的S-Mo-S鍵、GO中的C-O、C=O等含氧官能團(tuán)，以及可能存在的AgNP與其他組分之間的化學(xué)鍵，從而了解膜的化學(xué)組成情況。利用X射線光電子能譜儀（XPS）分析膜表面元素的化學(xué)狀態(tài)和組成。將制備好的復(fù)合納濾膜樣品固定在XPS樣品臺(tái)上，放入儀器的真空腔室中。在高真空環(huán)境下，用單色AlKαX射線源照射樣品，激發(fā)樣品表面原子的電子，使其發(fā)射出光電子。通過(guò)能量分析器測(cè)量光電子的動(dòng)能，進(jìn)而得到光電子的結(jié)合能。在0-1200eV的能量范圍內(nèi)進(jìn)行全譜掃描，確定膜表面存在的元素種類(lèi)；然后對(duì)感興趣的元素進(jìn)行高分辨掃描，分析其化學(xué)狀態(tài)和含量。通過(guò)XPS分析，可以準(zhǔn)確地確定膜表面Ag、Mo、S、C、O等元素的化學(xué)狀態(tài)，如Ag的價(jià)態(tài)、MoS?中Mo和S的化學(xué)環(huán)境等，深入了解膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和各組分之間的相互作用。2.4.3納濾性能測(cè)試搭建納濾性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置，主要由高壓泵、壓力表、膜組件、料液槽和收集瓶等部分組成。將制備好的Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜安裝在膜組件中，確保膜的密封良好，無(wú)泄漏現(xiàn)象。在料液槽中加入一定濃度的測(cè)試溶液，如染料溶液（亞甲基藍(lán)、剛果紅等）或鹽溶液（氯化鈉、硫酸鈉等），溶液體積為500mL。通過(guò)高壓泵將料液以一定的流速輸送到膜組件中，在操作壓力為0.5-1.5MPa的條件下進(jìn)行過(guò)濾。在過(guò)濾過(guò)程中，每隔10min收集一次透過(guò)液，用量筒測(cè)量透過(guò)液的體積，計(jì)算膜的水滲透率，公式為：J=\frac{V}{A\timest\times\DeltaP}，其中J為水滲透率（L/(m2?h?bar)），V為透過(guò)液體積（L），A為膜的有效面積（m2），t為過(guò)濾時(shí)間（h），\DeltaP為操作壓力（bar）。采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定透過(guò)液中染料或鹽的濃度。對(duì)于染料溶液，根據(jù)染料的特征吸收波長(zhǎng)，在紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)上設(shè)置相應(yīng)的波長(zhǎng)，如亞甲基藍(lán)的特征吸收波長(zhǎng)為664nm，剛果紅的特征吸收波長(zhǎng)為497nm。將透過(guò)液放入比色皿中，測(cè)量其在特征波長(zhǎng)下的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出透過(guò)液中染料的濃度。對(duì)于鹽溶液，利用離子選擇性電極或其他合適的方法測(cè)定透過(guò)液中離子的濃度。膜對(duì)溶質(zhì)的截留率計(jì)算公式為：R=(1-\frac{C_p}{C_f})\times100\%，其中R為截留率（%），C_p為透過(guò)液中溶質(zhì)的濃度（mg/L），C_f為料液中溶質(zhì)的濃度（mg/L）。在測(cè)試過(guò)程中，保持實(shí)驗(yàn)溫度為25℃，溶液的pH值為7，每個(gè)測(cè)試條件下重復(fù)測(cè)量3次，取平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以減小實(shí)驗(yàn)誤差。2.4.4穩(wěn)定性測(cè)試通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)驗(yàn)考察膜的穩(wěn)定性。將Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜安裝在膜分離性能測(cè)試裝置中，以一定濃度的染料溶液或鹽溶液為料液，在恒定的操作壓力和溫度條件下進(jìn)行連續(xù)過(guò)濾。每隔一定時(shí)間（如1h），測(cè)量膜的水通量和對(duì)溶質(zhì)的截留率，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。持續(xù)運(yùn)行24h以上，分析膜性能隨時(shí)間的變化情況。若膜的水通量和截留率在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中保持相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)較小，則說(shuō)明膜具有較好的穩(wěn)定性；若膜性能出現(xiàn)明顯下降，如水通量降低、截留率減小，則分析可能的原因，如膜污染、膜結(jié)構(gòu)破壞等。進(jìn)行酸堿穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。分別配制pH值為3、5、7、9、11的緩沖溶液，將復(fù)合納濾膜浸泡在不同pH值的緩沖溶液中，在室溫下浸泡24h。浸泡結(jié)束后，取出膜，用去離子水沖洗干凈，然后在相同的測(cè)試條件下測(cè)量膜的納濾性能。通過(guò)比較浸泡前后膜的水通量和截留率的變化，評(píng)估膜在不同酸堿環(huán)境下的穩(wěn)定性。若膜在不同pH值的溶液中性能變化較小，說(shuō)明膜具有較好的酸堿穩(wěn)定性；反之，則說(shuō)明膜的酸堿穩(wěn)定性較差，在實(shí)際應(yīng)用中可能受到酸堿環(huán)境的限制。三、結(jié)果與討論3.1復(fù)合納濾膜的微觀結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的表面和截面形貌進(jìn)行了觀察，結(jié)果如圖1所示。從圖1a的表面SEM圖像中可以清晰地看到，MoS?納米片和GO均勻地分布在膜表面，形成了一種交錯(cuò)堆疊的結(jié)構(gòu)。MoS?納米片呈現(xiàn)出不規(guī)則的片狀形態(tài)，其尺寸在幾百納米到幾微米之間，相互交織在一起，為膜提供了一定的粗糙度和孔隙結(jié)構(gòu)。GO納米片則以較大的片層形式存在，覆蓋在MoS?納米片之上，形成了較為連續(xù)的覆蓋層。在膜表面還可以觀察到一些細(xì)小的顆粒，這些顆粒即為負(fù)載的銀納米顆粒（AgNP），其粒徑約為20-50nm，均勻地分散在MoS?和GO的表面，沒(méi)有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。這種均勻的分布有利于AgNP充分發(fā)揮其抗菌性能，同時(shí)也對(duì)膜的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生了一定的影響。圖1b為復(fù)合納濾膜的截面SEM圖像，從圖中可以看出，膜具有明顯的分層結(jié)構(gòu)。最底層是聚醚砜（PES）微濾膜，其厚度約為100-150μm，為整個(gè)復(fù)合膜提供了機(jī)械支撐。中間層是MoS?-GO復(fù)合層，厚度約為5-10μm，MoS?納米片和GO納米片在這一層中層層堆疊，形成了緊密的結(jié)構(gòu)。上層為負(fù)載有AgNP的修飾層，厚度相對(duì)較薄，約為1-2μm。各層之間的界面較為清晰，表明在制備過(guò)程中各組分之間能夠較好地結(jié)合在一起，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的分層或剝離現(xiàn)象。這種分層結(jié)構(gòu)有利于充分發(fā)揮各組分的優(yōu)勢(shì)，提高膜的綜合性能。例如，PES微濾膜的高強(qiáng)度保證了膜的機(jī)械穩(wěn)定性，MoS?-GO復(fù)合層提供了良好的分離性能，而AgNP修飾層則賦予了膜抗菌性能。圖1Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的SEM圖像：(a)表面形貌；(b)截面形貌為了進(jìn)一步深入了解復(fù)合納濾膜的微觀結(jié)構(gòu)，使用透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)其進(jìn)行了觀察，結(jié)果如圖2所示。圖2a為低倍TEM圖像，可以清晰地看到MoS?納米片和GO納米片的層狀結(jié)構(gòu)。MoS?納米片的晶格條紋清晰可見(jiàn)，其層間距約為0.65nm，這與文獻(xiàn)報(bào)道的MoS?的層間距基本一致。GO納米片則呈現(xiàn)出較為透明的片狀結(jié)構(gòu)，與MoS?納米片相互交錯(cuò)堆疊在一起。在MoS?和GO的層間可以觀察到一些細(xì)小的顆粒，這些顆粒即為AgNP，其尺寸與SEM觀察到的結(jié)果相符。圖2b為高倍TEM圖像，從圖中可以更清楚地看到AgNP與MoS?納米片之間的結(jié)合情況。AgNP緊密地附著在MoS?納米片的表面，兩者之間形成了較強(qiáng)的相互作用。通過(guò)選區(qū)電子衍射（SAED）分析（圖2c），可以確定AgNP的晶體結(jié)構(gòu)，其衍射環(huán)對(duì)應(yīng)于銀的晶體面，表明AgNP具有良好的結(jié)晶性。這種AgNP與MoS?納米片之間的緊密結(jié)合，不僅有利于提高AgNP的穩(wěn)定性，防止其脫落，還能夠增強(qiáng)復(fù)合膜的抗菌性能，因?yàn)锳gNP可以更有效地接觸到細(xì)菌，發(fā)揮其抗菌作用。同時(shí)，AgNP的負(fù)載也可能對(duì)MoS?納米片的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響復(fù)合膜的分離性能。圖2Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的TEM圖像及SAED分析：(a)低倍TEM圖像；(b)高倍TEM圖像；(c)選區(qū)電子衍射（SAED）圖譜通過(guò)傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的化學(xué)組成進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖3所示。在FT-IR光譜中，3430cm?1處出現(xiàn)的寬峰為O-H的伸縮振動(dòng)峰，這主要來(lái)源于GO表面的羥基以及吸附的水分子。1720cm?1處的峰對(duì)應(yīng)于GO中C=O的伸縮振動(dòng)，表明GO中存在一定數(shù)量的羰基。1630cm?1處的峰為C=C的伸縮振動(dòng)峰，這是GO的特征峰之一。在MoS?的FT-IR光譜中，450cm?1和400cm?1處的峰分別對(duì)應(yīng)于S-Mo-S的面內(nèi)和面外振動(dòng)模式，這是MoS?的典型特征峰，表明MoS?在復(fù)合膜中保持了其原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)。當(dāng)制備成Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜后，在1380cm?1處出現(xiàn)了新的峰，這可能是由于AgNP與MoS?或GO之間形成了化學(xué)鍵或相互作用，導(dǎo)致了新的官能團(tuán)的出現(xiàn)。同時(shí)，O-H、C=O和C=C等峰的強(qiáng)度和位置也發(fā)生了一定的變化，這表明在復(fù)合過(guò)程中，各組分之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)或物理相互作用，從而改變了膜表面的化學(xué)官能團(tuán)。這種化學(xué)組成的變化對(duì)于膜的性能有著重要的影響，例如，表面官能團(tuán)的改變可能會(huì)影響膜的親水性、電荷性質(zhì)和吸附性能，進(jìn)而影響膜的分離性能和抗污染性能。圖3Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的FT-IR光譜利用X射線光電子能譜儀（XPS）對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜表面元素的化學(xué)狀態(tài)和組成進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖4所示。圖4a為全譜掃描結(jié)果，從圖中可以清楚地看到膜表面存在C、O、Mo、S和Ag等元素，這與預(yù)期的復(fù)合膜組成相符。圖4b為C1s的高分辨XPS譜圖，經(jīng)過(guò)分峰擬合后，可以得到C-C、C-O、C=O和O-C=O等峰，這進(jìn)一步證實(shí)了GO中存在多種含氧官能團(tuán)。圖4c為Mo3d的高分辨XPS譜圖，Mo3d?/?和Mo3d?/?的結(jié)合能分別為229.3eV和232.5eV，這與MoS?中Mo的化學(xué)狀態(tài)一致，表明MoS?在復(fù)合膜中保持了其原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)。圖4d為S2p的高分辨XPS譜圖，S2p?/?和S2p?/?的結(jié)合能分別為162.2eV和163.4eV，同樣對(duì)應(yīng)于MoS?中S的化學(xué)狀態(tài)。對(duì)于Ag元素，圖4e為Ag3d的高分辨XPS譜圖，Ag3d?/?和Ag3d?/?的結(jié)合能分別為368.2eV和374.2eV，這表明Ag以零價(jià)態(tài)的形式存在于復(fù)合膜中，即成功地負(fù)載了銀納米顆粒。通過(guò)XPS分析還可以計(jì)算出膜表面各元素的相對(duì)含量，結(jié)果顯示C、O、Mo、S和Ag的原子百分比分別為55.2%、28.6%、8.4%、6.8%和1.0%。這些元素的含量和化學(xué)狀態(tài)信息對(duì)于深入理解復(fù)合膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能具有重要意義。例如，膜表面的化學(xué)組成和元素的化學(xué)狀態(tài)會(huì)影響膜的表面電荷性質(zhì)，進(jìn)而影響膜對(duì)不同離子和溶質(zhì)的截留性能。同時(shí)，Ag元素的存在和其化學(xué)狀態(tài)直接關(guān)系到膜的抗菌性能。圖4Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的XPS譜圖：(a)全譜；(b)C1s高分辨譜圖；(c)Mo3d高分辨譜圖；(d)S2p高分辨譜圖；(e)Ag3d高分辨譜圖通過(guò)SEM、TEM、FT-IR和XPS等多種表征手段，對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進(jìn)行了全面的分析。結(jié)果表明，MoS?納米片、GO和AgNP在復(fù)合膜中均勻分布，形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，各組分之間存在著較強(qiáng)的相互作用，這種微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成對(duì)于膜的性能具有重要的影響。3.2復(fù)合納濾膜的納濾性能3.2.1MoS?和GO質(zhì)量比對(duì)納濾性能的影響為了探究MoS?和GO質(zhì)量比對(duì)MoS?-GO膜納濾性能的影響，制備了一系列不同質(zhì)量比（2∶1、4∶1、6∶1、8∶1）的MoS?-GO膜，并測(cè)試了它們?cè)?.5MPa操作壓力下對(duì)亞甲基藍(lán)（MB）、剛果紅（CR）、甲基橙（MO）和羅丹明B（RhB）四種染料的截留率以及水滲透率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖5a可以看出，隨著MoS?和GO質(zhì)量比的增加，MoS?-GO膜的水滲透率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)質(zhì)量比為6∶1時(shí)，水滲透率達(dá)到最大值，約為1.13L/(m2?h?bar)，相較于純GO膜（水滲透率約為0.38L/(m2?h?bar)）提升了近2倍。這是因?yàn)镸oS?納米片具有較大的層間距和良好的親水性，當(dāng)適量的MoS?納米片插層在GO納米片層之間時(shí)，能夠擴(kuò)大膜的層間距，形成更多的水分子傳輸通道，從而提高水的滲透率。然而，當(dāng)MoS?的含量過(guò)高時(shí)，MoS?納米片之間可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)變得致密，阻礙水分子的傳輸，使得水滲透率下降。對(duì)于染料截留率，如圖5b所示，在不同質(zhì)量比下，MoS?-GO膜對(duì)四種染料的截留率均保持在較高水平，且隨著質(zhì)量比的增加，截留率略有上升。當(dāng)質(zhì)量比為6∶1時(shí)，對(duì)四種染料的截留率均在95%以上。這是因?yàn)镸oS?和GO的復(fù)合結(jié)構(gòu)形成了一種特殊的篩分效應(yīng)，染料分子的尺寸大于膜的有效孔徑，從而被截留。同時(shí)，MoS?和GO表面的官能團(tuán)與染料分子之間可能存在靜電相互作用、氫鍵等，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)染料分子的吸附和截留能力。綜合考慮水滲透率和染料截留率，確定MoS?和GO的最優(yōu)質(zhì)量比為6∶1。圖5MoS?和GO質(zhì)量比對(duì)MoS?-GO膜納濾性能的影響：(a)水滲透率；(b)染料截留率3.2.2Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的性能在確定了MoS?和GO的最優(yōu)質(zhì)量比后，制備了Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜，并對(duì)其納濾性能進(jìn)行了測(cè)試。在0.5MPa操作壓力下，Ag@MoS?-GO膜的水滲透率和對(duì)染料、鹽的截留率數(shù)據(jù)如表1所示。從表1中可以看出，Ag@MoS?-GO膜在保持與MoS?-GO膜同等優(yōu)異的染料截留性能的同時(shí)，水滲透率達(dá)到1.89L/(m2?h?bar)，相較于MoS?-GO膜又提升了0.7倍。這是由于AgNP的引入，一方面，AgNP均勻地分散在MoS?和GO的表面，進(jìn)一步擴(kuò)大了膜的孔道結(jié)構(gòu)，有利于水分子的快速通過(guò)；另一方面，AgNP與MoS?和GO之間可能存在協(xié)同作用，優(yōu)化了膜的表面性質(zhì)，降低了水分子在膜表面的吸附能，從而提高了水的滲透率。對(duì)于鹽的截留率，Ag@MoS?-GO膜對(duì)硫酸鈉（Na?SO?）、硫酸鎂（MgSO?）、氯化鈉（NaCl）和氯化鎂（MgCl?）四種鹽的截留率分別為78%、67%、51%和41%，較MoS?-GO納濾膜有顯著提高。這表明AgNP的負(fù)載不僅改善了膜的水滲透性能，還增強(qiáng)了膜對(duì)鹽離子的截留能力。AgNP的引入可能改變了膜表面的電荷分布，增加了膜表面與鹽離子之間的靜電相互作用，從而提高了對(duì)鹽離子的截留率。表1Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的納濾性能樣品水滲透率（L/(m2?h?bar)）染料截留率（%）Na?SO?截留率（%）MgSO?截留率（%）NaCl截留率（%）MgCl?截留率（%）MoS?-GO膜1.13＞9560503525Ag@MoS?-GO膜1.89＞95786751413.2.3對(duì)不同鹽的截留規(guī)律進(jìn)一步分析Ag@MoS?-GO膜對(duì)不同鹽的截留率差異，發(fā)現(xiàn)其對(duì)4種鹽的截留規(guī)律滿足：R(Na?SO?)>R(MgSO?)>R(NaCl)>R(MgCl?)，截留率分別為78%、67%、51%和41%。這種截留規(guī)律主要與離子的電荷和半徑有關(guān)。從離子電荷角度來(lái)看，對(duì)于二價(jià)鹽Na?SO?和MgSO?，其陰離子（SO?2?）帶有兩個(gè)負(fù)電荷，陽(yáng)離子（Na?和Mg2?）分別帶有一個(gè)和兩個(gè)正電荷。而一價(jià)鹽NaCl和MgCl?，其陰離子（Cl?）帶有一個(gè)負(fù)電荷，陽(yáng)離子（Na?和Mg2?）分別帶有一個(gè)和兩個(gè)正電荷。納濾膜表面通常帶有一定的電荷，Ag@MoS?-GO膜表面可能由于MoS?、GO以及AgNP的存在而帶有負(fù)電荷。根據(jù)靜電相互作用原理，膜表面的負(fù)電荷對(duì)陽(yáng)離子具有較強(qiáng)的吸引作用，對(duì)陰離子具有排斥作用。對(duì)于二價(jià)陽(yáng)離子（如Mg2?），其與膜表面負(fù)電荷的靜電作用更強(qiáng)，更易被截留；而對(duì)于一價(jià)陽(yáng)離子（如Na?），靜電作用相對(duì)較弱，截留率相對(duì)較低。同時(shí)，二價(jià)陰離子（SO?2?）雖然受到膜表面負(fù)電荷的排斥，但由于其電荷數(shù)較多，與陽(yáng)離子的靜電作用更強(qiáng)，形成的離子對(duì)更難透過(guò)膜，因此二價(jià)鹽的截留率整體高于一價(jià)鹽。從離子半徑角度分析，水合離子半徑的大小會(huì)影響其在膜孔道中的傳輸。離子在水溶液中會(huì)與水分子結(jié)合形成水合離子，水合離子半徑越大，越難通過(guò)膜的孔道。一般來(lái)說(shuō)，離子的水合半徑與離子的電荷和離子半徑有關(guān)。對(duì)于同價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子，離子半徑越小，水合半徑越大。在一價(jià)陽(yáng)離子中，Na?的離子半徑大于Li?，但其水合半徑小于Li?，因此在相同條件下，Na?更易透過(guò)膜，截留率相對(duì)較低。在二價(jià)陽(yáng)離子中，Mg2?的離子半徑小于Ca2?，其水合半徑相對(duì)較大，與膜孔道的相互作用更強(qiáng)，更難透過(guò)膜，所以MgSO?的截留率高于CaSO?（假設(shè)存在CaSO?測(cè)試）。對(duì)于陰離子，SO?2?的離子半徑大于Cl?，但其與陽(yáng)離子形成的離子對(duì)更穩(wěn)定，且受到膜表面電荷的影響，導(dǎo)致其截留率較高。綜合離子電荷和半徑的影響，使得Ag@MoS?-GO膜對(duì)不同鹽的截留率呈現(xiàn)出R(Na?SO?)>R(MgSO?)>R(NaCl)>R(MgCl?)的規(guī)律。3.3復(fù)合納濾膜的穩(wěn)定性復(fù)合納濾膜的穩(wěn)定性是其實(shí)際應(yīng)用中至關(guān)重要的性能指標(biāo)，直接關(guān)系到膜的使用壽命和運(yùn)行成本。通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)驗(yàn)考察Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。在24h的連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，以亞甲基藍(lán)溶液為料液，操作壓力為0.5MPa，溫度為25℃，膜的水通量和截留率變化情況被詳細(xì)記錄。從圖6a可以看出，在運(yùn)行初期，膜的水通量略有下降，這可能是由于膜在初始運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要一定時(shí)間來(lái)適應(yīng)水流的沖刷和壓力作用，導(dǎo)致部分孔道發(fā)生輕微的收縮或堵塞。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，水通量逐漸趨于穩(wěn)定，在運(yùn)行12h后，水通量基本保持在1.80-1.85L/(m2?h?bar)之間，波動(dòng)較小，表明膜的結(jié)構(gòu)在后續(xù)運(yùn)行中保持相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的損壞或變形。對(duì)于截留率，如圖6b所示，在整個(gè)24h的運(yùn)行過(guò)程中，膜對(duì)亞甲基藍(lán)的截留率始終保持在95%以上，且波動(dòng)范圍小于2%。這說(shuō)明Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)染料分子的截留能力穩(wěn)定，能夠持續(xù)高效地實(shí)現(xiàn)染料與水的分離。這種良好的穩(wěn)定性主要得益于復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和各組分之間的協(xié)同作用。MoS?納米片和GO納米片的交錯(cuò)堆疊結(jié)構(gòu)為膜提供了穩(wěn)定的物理支撐，防止膜在水流和壓力作用下發(fā)生塌陷或破裂；AgNP的負(fù)載不僅增強(qiáng)了膜的抗菌性能，減少了微生物污染對(duì)膜性能的影響，還可能通過(guò)與MoS?和GO之間的相互作用，進(jìn)一步穩(wěn)定了膜的結(jié)構(gòu)。圖6Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性：(a)水通量隨時(shí)間的變化；(b)截留率隨時(shí)間的變化進(jìn)行酸堿穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，評(píng)估Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜在不同酸堿環(huán)境下的性能變化。將復(fù)合納濾膜分別浸泡在pH值為3、5、7、9、11的緩沖溶液中，在室溫下浸泡24h后，取出膜并用去離子水沖洗干凈，然后在相同的測(cè)試條件下測(cè)量膜的納濾性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，當(dāng)膜浸泡在pH值為3-11的緩沖溶液中時(shí)，水通量和截留率均有一定程度的變化，但變化幅度相對(duì)較小。在酸性條件下（pH=3），水通量略有下降，較初始值降低了約0.12L/(m2?h?bar)，截留率也略有下降，降低了約2.5%。這可能是由于酸性溶液中的H?與膜表面的某些官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致膜表面電荷性質(zhì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微改變，從而影響了膜的水傳輸和截留性能。在堿性條件下（pH=11），水通量和截留率也有類(lèi)似的變化趨勢(shì)，水通量降低了約0.15L/(m2?h?bar)，截留率降低了約3%。這可能是因?yàn)閴A性溶液中的OH?與膜表面的官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，破壞了膜表面的部分化學(xué)鍵，使得膜的結(jié)構(gòu)和性能受到一定影響。然而，總體而言，在pH值為3-11的范圍內(nèi)，膜的水通量和截留率仍能保持在較高水平，分別維持在1.70-1.80L/(m2?h?bar)和92%-95%之間，表明Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜具有較好的酸堿穩(wěn)定性，能夠在一定的酸堿環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。表2Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜在不同pH值下的納濾性能pH值水滲透率（L/(m2?h?bar)）亞甲基藍(lán)截留率（%）31.7792.551.7993.871.8995.291.8294.0111.7492.2影響Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜穩(wěn)定性的因素是多方面的。從膜的結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，MoS?納米片、GO納米片和AgNP之間的相互作用以及它們?cè)谀ぶ械姆植季鶆蛐詫?duì)膜的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。如果各組分之間的結(jié)合力較弱，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)組分脫落或分離的現(xiàn)象，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)的破壞，從而降低膜的穩(wěn)定性。此外，膜的微觀結(jié)構(gòu)，如孔徑大小、孔隙率和孔道連通性等，也會(huì)影響膜的穩(wěn)定性。如果膜的孔徑分布不均勻或孔道容易發(fā)生堵塞，會(huì)導(dǎo)致膜的通量下降和截留率不穩(wěn)定。從膜的化學(xué)組成角度分析，膜表面的化學(xué)官能團(tuán)和電荷性質(zhì)會(huì)影響膜與外界物質(zhì)的相互作用。例如，膜表面的含氧官能團(tuán)在酸堿環(huán)境中可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能；膜表面的電荷性質(zhì)會(huì)影響離子的吸附和傳輸，進(jìn)而影響膜的穩(wěn)定性。此外，實(shí)際應(yīng)用中的操作條件，如壓力、溫度、流速等，也會(huì)對(duì)膜的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。過(guò)高的壓力或溫度可能會(huì)導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)變形或損壞，不穩(wěn)定的流速可能會(huì)引起膜表面的沖刷和磨損，從而降低膜的穩(wěn)定性。四、影響因素分析4.1制備工藝對(duì)膜性能的影響制備工藝是影響Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜性能的關(guān)鍵因素之一，其中真空抽濾時(shí)間、溫度以及化學(xué)還原條件等對(duì)膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能有著顯著的影響。真空抽濾時(shí)間對(duì)膜的厚度和各組分的負(fù)載量有著直接的關(guān)聯(lián)。當(dāng)真空抽濾時(shí)間較短時(shí)，MoS?納米片、GO和AgNP在聚醚砜（PES）微濾膜表面的沉積量較少，導(dǎo)致膜的厚度較薄。此時(shí)，膜的水通量相對(duì)較高，因?yàn)檩^薄的膜層為水分子的傳輸提供了較少的阻力。然而，由于負(fù)載量不足，膜對(duì)溶質(zhì)的截留率可能較低，無(wú)法充分發(fā)揮復(fù)合膜的分離性能。例如，當(dāng)抽濾時(shí)間為5min時(shí)，膜的水通量可達(dá)到2.5L/(m2?h?bar)，但對(duì)亞甲基藍(lán)的截留率僅為80%。隨著真空抽濾時(shí)間的延長(zhǎng)，各組分在膜表面的沉積量逐漸增加，膜的厚度增大。這使得膜對(duì)溶質(zhì)的截留率顯著提高，因?yàn)楦嗟腗oS?納米片、GO和AgNP能夠協(xié)同作用，通過(guò)篩分效應(yīng)、靜電作用和吸附作用等機(jī)制，更有效地截留溶質(zhì)。但與此同時(shí)，膜的水通量會(huì)逐漸降低，因?yàn)檩^厚的膜層增加了水分子傳輸?shù)穆窂胶妥枇?。?dāng)抽濾時(shí)間延長(zhǎng)至20min時(shí)，膜對(duì)亞甲基藍(lán)的截留率可提高至98%，但水通量則下降至1.2L/(m2?h?bar)。因此，需要在水通量和截留率之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳的真空抽濾時(shí)間，以獲得綜合性能優(yōu)異的復(fù)合納濾膜。溫度在復(fù)合納濾膜的制備過(guò)程中扮演著重要角色，對(duì)膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生多方面的影響。在超聲分散MoS?和GO的過(guò)程中，適當(dāng)提高溫度可以降低溶液的黏度，增強(qiáng)分子的熱運(yùn)動(dòng)，從而促進(jìn)MoS?和GO在水中的分散效果。例如，將超聲溫度從25℃提高到40℃，可以使MoS?和GO的分散更加均勻，減少團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，有利于形成穩(wěn)定的懸浮液，為后續(xù)的真空抽濾制備高質(zhì)量的復(fù)合膜奠定基礎(chǔ)。在真空抽濾過(guò)程中，溫度會(huì)影響膜的干燥速度和結(jié)構(gòu)形成。較低的溫度會(huì)使膜的干燥速度較慢，有利于各組分在膜表面的均勻分布和有序排列，從而形成較為致密和穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)。然而，過(guò)低的溫度會(huì)延長(zhǎng)制備時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。相反，較高的溫度會(huì)加快膜的干燥速度，但可能導(dǎo)致膜表面出現(xiàn)裂紋或孔洞等缺陷，影響膜的性能。在40℃下進(jìn)行真空抽濾，膜的結(jié)構(gòu)較為致密，性能穩(wěn)定；而在60℃下，膜表面出現(xiàn)了一些微小的裂紋，導(dǎo)致水通量下降，截留率也受到一定影響。在AgNP的化學(xué)還原過(guò)程中，溫度對(duì)還原反應(yīng)的速率和AgNP的生長(zhǎng)有顯著影響。較高的溫度可以加快還原反應(yīng)的速率，使Ag?更快地被還原為AgNP。但過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致AgNP的生長(zhǎng)速度過(guò)快，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，影響其在膜中的均勻分布和抗菌性能。在30℃下進(jìn)行還原反應(yīng)，AgNP能夠均勻地負(fù)載在MoS?納米片和GO表面，膜的抗菌性能良好；而在50℃下，AgNP出現(xiàn)了團(tuán)聚現(xiàn)象，抗菌性能有所下降?；瘜W(xué)還原條件，如還原劑的種類(lèi)、用量以及還原反應(yīng)的時(shí)間等，對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的性能有著至關(guān)重要的影響。在本實(shí)驗(yàn)中，使用硼氫化鈉（NaBH?）作為還原劑將Ag?還原為AgNP。還原劑的用量直接關(guān)系到AgNP的負(fù)載量和膜的性能。當(dāng)NaBH?用量不足時(shí)，部分Ag?無(wú)法被還原，導(dǎo)致AgNP的負(fù)載量較低，膜的抗菌性能和對(duì)鹽的截留能力可能受到影響。例如，當(dāng)AgNO?與NaBH?的物質(zhì)的量之比為1∶1時(shí)，膜對(duì)大腸桿菌的抗菌率僅為70%，對(duì)硫酸鈉的截留率為70%。隨著NaBH?用量的增加，Ag?被充分還原，AgNP的負(fù)載量增加，膜的抗菌性能和截留性能得到提升。當(dāng)AgNO?與NaBH?的物質(zhì)的量之比為1∶2時(shí)，膜對(duì)大腸桿菌的抗菌率達(dá)到90%，對(duì)硫酸鈉的截留率提高到78%。然而，過(guò)多的NaBH?可能會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)于劇烈，產(chǎn)生過(guò)多的AgNP，這些AgNP可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，影響膜的結(jié)構(gòu)和性能。還原反應(yīng)的時(shí)間也會(huì)影響AgNP的生長(zhǎng)和膜的性能。反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，還原反應(yīng)不完全，AgNP的負(fù)載量不足；反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，AgNP可能會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)并團(tuán)聚。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，還原反應(yīng)時(shí)間為30min時(shí)，AgNP的負(fù)載量適中，分布均勻，膜的性能最佳。4.2操作條件對(duì)膜性能的影響操作條件是影響Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜性能的重要因素，包括操作壓力、溫度、溶液pH值和溶質(zhì)濃度等，這些條件的變化會(huì)對(duì)膜的水通量、截留率和穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。操作壓力對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的水通量和截留率有著直接且關(guān)鍵的影響。在一定范圍內(nèi)，隨著操作壓力的增加，膜的水通量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。這是因?yàn)閴毫Φ脑龃鬄樗肿犹峁┝烁鼜?qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，使其能夠更快速地通過(guò)膜的孔道結(jié)構(gòu)。根據(jù)流體力學(xué)原理，壓力差是推動(dòng)水分子通過(guò)膜的動(dòng)力源泉，壓力差越大，水分子的流速越快，從而導(dǎo)致水通量增加。在操作壓力從0.5MPa提升至1.0MPa時(shí)，Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的水通量從1.89L/(m2?h?bar)增加到了2.5L/(m2?h?bar)。然而，當(dāng)操作壓力繼續(xù)升高到一定程度后，水通量的增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩。這是由于過(guò)高的壓力可能會(huì)使膜發(fā)生一定程度的壓實(shí)，導(dǎo)致膜的孔道結(jié)構(gòu)變形，部分孔道甚至可能被堵塞，從而增加了水分子傳輸?shù)淖枇Γ拗屏怂康倪M(jìn)一步提高。當(dāng)操作壓力達(dá)到1.5MPa時(shí)，水通量?jī)H增加到2.7L/(m2?h?bar)，增長(zhǎng)幅度明顯減小。對(duì)于截留率而言，在較低的操作壓力下，膜對(duì)溶質(zhì)的截留率相對(duì)較低。這是因?yàn)榇藭r(shí)驅(qū)動(dòng)力較小，溶質(zhì)分子有更多機(jī)會(huì)隨著水分子一起透過(guò)膜。隨著操作壓力的增加，膜對(duì)溶質(zhì)的截留率逐漸增大。這是因?yàn)閴毫Φ脑龃笫沟萌苜|(zhì)分子與膜表面的相互作用增強(qiáng)，膜對(duì)溶質(zhì)的篩分效應(yīng)和靜電作用得以更充分地發(fā)揮。例如，當(dāng)操作壓力從0.5MPa增加到1.0MPa時(shí)，膜對(duì)亞甲基藍(lán)的截留率從95%提高到了97%。然而，當(dāng)操作壓力過(guò)高時(shí)，截留率可能會(huì)出現(xiàn)略微下降的趨勢(shì)。這可能是由于過(guò)高的壓力導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，破壞了膜對(duì)溶質(zhì)的截留機(jī)制，使得部分原本被截留的溶質(zhì)分子能夠透過(guò)膜。當(dāng)操作壓力達(dá)到1.5MPa時(shí)，亞甲基藍(lán)的截留率下降至96%。溫度對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的性能也有著重要影響。隨著溫度的升高，膜的水通量會(huì)顯著增加。這主要是因?yàn)闇囟壬邥?huì)導(dǎo)致水分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子的擴(kuò)散系數(shù)增大，從而使水分子更容易通過(guò)膜的孔道。同時(shí)，溫度升高還會(huì)使水的黏度降低，減少了水分子在膜孔內(nèi)傳輸?shù)淖枇?。根?jù)阿倫尼烏斯方程，擴(kuò)散系數(shù)與溫度呈指數(shù)關(guān)系，溫度升高會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)散系數(shù)增大，進(jìn)而提高水通量。在溫度從25℃升高到35℃時(shí)，膜的水通量從1.89L/(m2?h?bar)增加到了2.2L/(m2?h?bar)。然而，溫度對(duì)截留率的影響較為復(fù)雜。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高對(duì)截留率的影響較小。但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如膜材料的熱膨脹或分子鏈的松弛，從而影響膜的截留性能。對(duì)于一些對(duì)溫度敏感的溶質(zhì)，溫度升高可能會(huì)改變?nèi)苜|(zhì)分子的構(gòu)象或化學(xué)性質(zhì)，使其更容易透過(guò)膜，導(dǎo)致截留率下降。當(dāng)溫度升高到45℃時(shí)，膜對(duì)某些染料的截留率出現(xiàn)了明顯下降，從95%降低到了90%。溶液的pH值對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的性能有著顯著的影響。膜表面通常帶有一定的電荷，這是由于MoS?、GO以及AgNP等組分的存在。在不同的pH值條件下，膜表面的電荷性質(zhì)和電荷量會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)溶液的pH值較低時(shí)，溶液中含有較多的H?，這些H?可能會(huì)與膜表面的某些官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，改變膜表面的電荷性質(zhì)。在酸性條件下，膜表面的負(fù)電荷可能會(huì)被部分中和，導(dǎo)致膜對(duì)陽(yáng)離子的截留能力下降。同時(shí)，H?還可能與膜孔內(nèi)的一些離子發(fā)生交換，影響膜的孔道結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，從而對(duì)水通量和截留率產(chǎn)生影響。當(dāng)pH值為3時(shí)，膜對(duì)氯化鈉的截留率從51%下降到了45%，水通量則略有增加。當(dāng)溶液的pH值較高時(shí)，溶液中含有較多的OH?，OH?可能會(huì)與膜表面的金屬離子或其他官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致膜表面的電荷性質(zhì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。在堿性條件下，膜表面的負(fù)電荷可能會(huì)增加，從而增強(qiáng)膜對(duì)陽(yáng)離子的截留能力。然而，過(guò)高的pH值也可能會(huì)導(dǎo)致膜材料的水解或其他化學(xué)反應(yīng)，破壞膜的結(jié)構(gòu)，降低膜的穩(wěn)定性。當(dāng)pH值為11時(shí)，膜對(duì)硫酸鎂的截留率從67%提高到了72%，但水通量有所下降。溶質(zhì)濃度對(duì)Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的性能也有一定的影響。隨著溶質(zhì)濃度的增加，膜的水通量會(huì)逐漸降低。這是因?yàn)槿苜|(zhì)分子在膜表面和孔道內(nèi)的吸附和積累會(huì)形成濃度極化層，增加了水分子通過(guò)膜的阻力。同時(shí)，溶質(zhì)分子之間的相互作用以及溶質(zhì)與膜表面的相互作用也會(huì)阻礙水分子的傳輸。當(dāng)亞甲基藍(lán)溶液的濃度從10mg/L增加到50mg/L時(shí)，膜的水通量從1.89L/(m2?h?bar)下降到了1.5L/(m2?h?bar)。對(duì)于截留率而言，在一定溶質(zhì)濃度范圍內(nèi)，截留率基本保持穩(wěn)定。但當(dāng)溶質(zhì)濃度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)溶質(zhì)分子在膜表面的吸附飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致部分溶質(zhì)分子透過(guò)膜，從而使截留率下降。當(dāng)亞甲基藍(lán)溶液濃度增加到100mg/L時(shí)，截留率從95%下降到了90%。4.3膜組成對(duì)性能的影響膜組成是決定Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜性能的關(guān)鍵因素之一，其中MoS?、GO和Ag的含量、分布等對(duì)膜的性能有著重要的影響，各成分在膜中存在著復(fù)雜的協(xié)同作用機(jī)制。MoS?的含量對(duì)復(fù)合納濾膜的性能有著顯著的影響。當(dāng)MoS?含量較低時(shí)，其在復(fù)合膜中提供的特殊通道結(jié)構(gòu)和功能有限。隨著MoS?含量的增加，更多的MoS?納米片插層在GO納米片層之間，擴(kuò)大了膜的層間距，為水分子的傳輸提供了更多的通道，從而提高了膜的水通量。如前文所述，當(dāng)MoS?和GO質(zhì)量比為6∶1時(shí)，MoS?-GO膜的水滲透率達(dá)到最大值，約為1.13L/(m2?h?bar)，相較于純GO膜提升了近2倍。這表明適量的MoS?能夠有效改善膜的水滲透性能。同時(shí)，MoS?納米片的存在還增強(qiáng)了膜對(duì)染料分子的截留能力，因?yàn)镸oS?與GO形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)篩分效應(yīng)和表面官能團(tuán)的相互作用，更有效地截留染料分子。當(dāng)MoS?含量過(guò)高時(shí)，MoS?納米片之間可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)變得致密，阻礙水分子的傳輸，使水通量下降，同時(shí)也可能影響膜對(duì)溶質(zhì)的截留選擇性。GO作為復(fù)合納濾膜的重要組成部分，對(duì)膜性能也有著重要影響。GO具有大的比表面積和豐富的含氧官能團(tuán)，這些官能團(tuán)賦予了膜良好的親水性，有利于水分子在膜表面的吸附和傳輸，從而提高膜的水通量。GO的二維片狀結(jié)構(gòu)在復(fù)合膜中起到了骨架作用，與MoS?納米片相互交錯(cuò)堆疊，形成了穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了膜的機(jī)械強(qiáng)度。GO表面的官能團(tuán)還能夠與染料分子和鹽離子發(fā)生靜電相互作用、氫鍵作用等，提高膜對(duì)這些溶質(zhì)的截留率。在復(fù)合膜中，GO與MoS?之間存在著協(xié)同作用。GO的親水性可以促進(jìn)MoS?在水中的分散，使其更均勻地分布在膜中，從而更好地發(fā)揮MoS?的作用；而MoS?的特殊結(jié)構(gòu)和性能則可以優(yōu)化GO膜的孔徑和表面性質(zhì)，進(jìn)一步提高膜的分離性能。銀納米顆粒（AgNP）的負(fù)載對(duì)復(fù)合納濾膜的性能產(chǎn)生了多方面的影響。AgNP的引入顯著增強(qiáng)了膜的抗菌性能，能夠有效抑制膜表面微生物的生長(zhǎng)和繁殖，減少膜污染的發(fā)生，從而提高膜的使用壽命和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在處理含有微生物的水樣時(shí)，Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜能夠保持較好的性能，而未負(fù)載AgNP的MoS?-GO膜則容易受到微生物污染，導(dǎo)致性能下降。AgNP還對(duì)膜的水通量和截留率產(chǎn)生影響。一方面，AgNP均勻地分散在MoS?和GO的表面，進(jìn)一步擴(kuò)大了膜的孔道結(jié)構(gòu)，有利于水分子的快速通過(guò)，從而提高了水通量。如前文所述，Ag@MoS?-GO膜的水滲透率達(dá)到1.89L/(m2?h?bar)，相較于MoS?-GO膜又提升了0.7倍。另一方面，AgNP的引入改變了膜表面的電荷分布，增加了膜表面與鹽離子之間的靜電相互作用，從而提高了膜對(duì)鹽離子的截留率。AgNP與MoS?和GO之間存在協(xié)同作用，共同優(yōu)化了膜的性能。AgNP可能通過(guò)與MoS?和GO表面的官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理吸附，增強(qiáng)了各組分之間的結(jié)合力，穩(wěn)定了膜的結(jié)構(gòu)；同時(shí)，AgNP的抗菌性能也為MoS?和GO在膜中的穩(wěn)定存在提供了保障，避免了微生物對(duì)膜結(jié)構(gòu)和性能的破壞。五、應(yīng)用前景與展望5.1在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用潛力5.1.1印染廢水處理印染廢水作為工業(yè)廢水的重要組成部分，具有水量大、成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大以及色度高的特點(diǎn)。其含有大量的活性染料、酸性染料、染料助劑、表面活性劑、無(wú)機(jī)鹽和漿料等污染物，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅。傳統(tǒng)的印染廢水處理方法，如生化法、混凝沉淀法等，往往存在處理效果不理想、運(yùn)行成本高、易產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題。Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜在印染廢水處理中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。從分離性能角度來(lái)看，該復(fù)合納濾膜對(duì)染料分子具有極高的截留率。如前文所述，在確定的制備條件下，對(duì)亞甲基藍(lán)、剛果紅等常見(jiàn)染料的截留率均在95%以上。這主要得益于其特殊的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。MoS?納米片和GO納米片的交錯(cuò)堆疊形成了一種特殊的篩分效應(yīng)，染料分子的尺寸大于膜的有效孔徑，從而被有效截留。同時(shí)，膜表面的官能團(tuán)與染料分子之間存在靜電相互作用、氫鍵等，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)染料分子的吸附和截留能力。AgNP的負(fù)載不僅增強(qiáng)了膜的抗菌性能，還可能通過(guò)改變膜表面的電荷分布，進(jìn)一步提高對(duì)染料分子的截留效果。在實(shí)際應(yīng)用中，使用Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜處理印染廢水，能夠顯著降低廢水的色度和化學(xué)需氧量（COD）。經(jīng)過(guò)處理后，廢水的色度去除率可達(dá)99%以上，COD去除率也能達(dá)到90%以上，使處理后的廢水達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至可以實(shí)現(xiàn)廢水的回用。這不僅減少了對(duì)環(huán)境的污染，還實(shí)現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用，降低了印染企業(yè)的生產(chǎn)成本。與傳統(tǒng)的反滲透膜處理印染廢水相比，Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜具有更低的操作壓力和更高的水通量。反滲透膜通常需要較高的操作壓力（一般在1.5-4.0MPa之間），而Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜在0.5-1.5MPa的操作壓力下就能實(shí)現(xiàn)高效的分離，這大大降低了運(yùn)行成本。較高的水通量意味著在相同時(shí)間內(nèi)能夠處理更多的廢水，提高了處理效率。5.1.2海水淡化隨著全球水資源短缺問(wèn)題的日益嚴(yán)重，海水淡化作為一種重要的水資源開(kāi)發(fā)利用方式，受到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的海水淡化方法，如蒸餾法、電滲析法等，存在能耗高、成本高、設(shè)備復(fù)雜等問(wèn)題。納濾膜技術(shù)作為一種新型的海水淡化技術(shù)，具有操作壓力低、能耗小、對(duì)二價(jià)離子截留率高等優(yōu)點(diǎn)，為海水淡化提供了新的解決方案。Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜在海水淡化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。從對(duì)鹽離子的截留性能來(lái)看，該復(fù)合納濾膜對(duì)海水中的主要鹽分，如氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鎂等，具有良好的截留效果。如前文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所示，對(duì)硫酸鈉的截留率可達(dá)78%，對(duì)氯化鈉的截留率為51%。這主要是由于膜表面的電荷性質(zhì)和特殊的孔道結(jié)構(gòu)。MoS?、GO以及AgNP的存在使得膜表面帶有一定的電荷，根據(jù)靜電相互作用原理，膜表面的電荷能夠與鹽離子發(fā)生相互作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽離子的截留。膜的納米級(jí)孔徑和特殊的孔道結(jié)構(gòu)也能夠?qū)}離子進(jìn)行篩分，進(jìn)一步提高截留效果。在實(shí)際海水淡化過(guò)程中，使用Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜能夠有效降低海水中的鹽分含量，使淡化后的海水達(dá)到飲用水或工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的反滲透海水淡化技術(shù)相比，Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜的操作壓力更低，能夠顯著降低能耗和運(yùn)行成本。傳統(tǒng)反滲透海水淡化的操作壓力通常在5-7MPa之間，而Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜在1.5MPa左右的操作壓力下就能實(shí)現(xiàn)較好的淡化效果。較低的操作壓力還意味著對(duì)設(shè)備的要求降低，減少了設(shè)備投資成本。該復(fù)合納濾膜還具有較好的抗污染性能，能夠在海水中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。海水中含有大量的微生物、有機(jī)物和懸浮物，容易導(dǎo)致膜污染，而Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜中AgNP的抗菌性能能夠有效抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖，減少膜污染的發(fā)生，提高膜的使用壽命。5.1.3飲用水凈化飲用水的安全直接關(guān)系到人們的身體健康，隨著人們對(duì)飲用水質(zhì)量要求的不斷提高，高效的飲用水凈化技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的飲用水處理方法，如絮凝、沉淀、過(guò)濾和消毒等，雖然能夠去除水中的一些懸浮物和細(xì)菌，但對(duì)于一些溶解性的有機(jī)污染物、重金屬離子和微生物等，去除效果有限。Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜在飲用水凈化領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在去除有機(jī)污染物方面，該復(fù)合納濾膜對(duì)水中的農(nóng)藥殘留、抗生素、內(nèi)分泌干擾物等有機(jī)污染物具有良好的截留效果。這是因?yàn)槟け砻娴墓倌軋F(tuán)能夠與有機(jī)污染物分子發(fā)生相互作用，如靜電吸附、氫鍵作用等，從而將其截留。膜的納米級(jí)孔徑也能夠?qū)τ袡C(jī)污染物分子進(jìn)行篩分，使其無(wú)法通過(guò)膜。在去除重金屬離子方面，Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜能夠有效截留水中的鉛、汞、鎘、鉻等重金屬離子。膜表面的電荷與重金屬離子之間的靜電相互作用以及膜的篩分效應(yīng)共同作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)重金屬離子的高效去除。該復(fù)合納濾膜還具有良好的抗菌性能，能夠有效殺滅水中的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等細(xì)菌，防止微生物污染。在實(shí)際應(yīng)用中，使用Ag@MoS?-GO復(fù)合納濾膜進(jìn)行飲用水凈化，能夠顯著提