DOI: 10.1016/j.memsci.2022.120464

具有较高亲水性和巨大比表面积的纤维素纳米纤维（CNFs）在提升薄膜复合（TFC）膜的性能方面具有很好的前景，但其在膜中的最佳位置尚不清楚。在此，作者研究并比较了纳米材料位置对带正电荷的膜性能的影响：i）嵌入活性分离层（嵌入式-CNFs），以及ii）作为支撑层和活性分离层之间的夹层（夹层-CNFs）。通过一系列表征手段研究了CNFs位置对TFC膜结构、形貌、理化性质和性能的影响。与对照膜相比，嵌入式-CNFs膜和夹层-CNFs膜的分离性能均有所提高。具体而言，夹层-CNFs膜的水通量提高了270%（4bar时为53.1L/m2/h），且MgCl2截留率较高，而嵌入式-CNFs膜的通量增加了135%。综上，本工作为使用环保型CNFs设计和构建高性能带正电荷的复合膜提供了新的见解和方向。

图1.三种膜的制备工艺流程图。（a）：夹层-CNFs膜，（b）：嵌入式-CNFs膜，和（c）：对照膜。

图2.（a）CNFs的FT-IR分析和（b）C1s光谱。

图3.PSF和CNFs/PSF-3基底的FT-IR分析。

图4.PSF和CNFs/PSF-3基底的SEM和AFM图像（a1-a2：PSF，b1-b2：CNFs/PSF-3）。

图5.（a-b）对照、ECNFs-3和ICNFs-3膜的FT-IR。

图6.对照、ECNFs-3和ICNFs-3膜的XPS宽扫描和C1s窄光谱（a1-a2：对照，b1-b2：ECNF-3膜，c1-c2：ICNFs-3膜）。

图7.对照、ECNFs-3和ICNFs-3膜的SEM和AFM图像（a1-a3：对照，b1-b3：ECNFs-3膜，c1-c3：ICNFs-3膜）。

图8.（a）所制备膜的Zeta电位和（b）动态WCA。

图9.（a-b）对照、所有ECNFs和ICNFs膜的水通量和MgCl2截留率。分离性能通过1000ppm MgCl2溶液在4bar下测量。

图10.（a）对照、（b）ECNFs和（c）ICNFs膜的分离机制示意图。

图11.（a）ICNFs-3膜对低分子量中性溶质的截留性能（分离性能通过500ppm中性溶质在4bar下测量），（b）对不同种类盐的截留性能（分离性能通过1000ppm盐溶液在4bar下测量）。

图12.（a）ICNFs-3膜对不同浓度MgCl2的截留性能（4bar的固定压力），（b）不同测试压力下的MgCl2分离性能（盐浓度：1000ppm）以及（c）长期稳定性（盐浓度：1000ppm，施加压力：4bar）。

图13.（a）过滤试验30h后ICNFs-3膜的SEM图像，（b）过滤试验前ICNFs-3膜的WCA以及（c）过滤试验30h后ICNFs-3膜的WCA。