木質膜的制備、改性及其膜過濾應用進展

孫怡然，馬肖雨，于 飛，馬 杰,3

(1.同濟大學 環境功能材料研究中心，上海 200092)(2.上海海洋大學海洋生態與環境學院，上海 201306)(3.上海污染控制與生態安全研究院，上海 200092)

1 前 言

膜分離技術在近年來發展迅速，被譽為21世紀的水處理技術。與傳統水處理技術相比，膜分離技術操作簡單、能耗低、無需化學試劑[1-3]，對膠體、微生物、新興污染物等均能有效截留[4]，且出水質量高，因此成為了國內外研究的熱點，在工業實踐中也應用廣泛。在應用膜技術進行水處理時，截留在膜表面的雜質會造成膜通量下降和膜污染等問題，部分膜污染物無法通過反沖洗化學方法清除，需要經常更換濾膜以保持水處理能力，提高了水處理的成本[5, 6]，因而極大地阻礙了膜過濾技術的進一步推廣[7]。因此，尋找價格低廉、不易發生膜污染的膜材料，對降低濾膜成本和促進膜分離技術在水處理領域的應用具有重要意義。木材在自然界廣泛存在，其獨特的孔道結構可有效截留水中多種污染物[8]，以木材為基質的木質膜材料由于成本低廉，近年來受到了學者們的廣泛關注。

木材具有獨特的三維多孔結構，當水流通過導管或管胞細胞壁上的紋孔時，細菌等大分子污染物將會被截留，木質膜中的官能團也可與重金屬等小分子污染物結合，達到高效去除水體污染物的目的。同時，硬木中的導管網絡復雜，軟木中的水流也只能從一個管胞流向另一個管胞，這樣的水輸運特性可使過濾時水中的污染物與細胞壁上的官能團充分結合，提高過濾效率。此外，對木質膜進行改性可進一步提高木質膜的過濾性能，對細菌、重金屬和小分子有機物等均能高效去除，展示了它在水處理領域應用的廣闊前景。

本文從木材的結構組分出發，對木材的輸水結構和化學組分進行詳細分析，對木材的結構組分特性與膜過濾性能的關系進行探討，并對木質膜的制備與改性方法進行分類總結。此外，對木質膜在過濾方面的應用進行介紹，為木質膜在水處理領域的規模化、大型化應用研究提供理論參考。

2 木材的結構組分及特性

2.1 木材的結構組分

木材分為硬木和軟木2種，2種木材的主要結構相同[9]。如圖1a所示，木材最外部的結構為樹皮，屬于樹干外圍的保護結構[10]。韌皮部用于輸導養分，且具有支持、貯藏等功能[11]。形成層是位于木質部和韌皮部中間的一種分生組織，不斷產生新的木質部和韌皮部[12]。木質部包括邊材和心材，內部的心材是由老化的邊材轉化而成，起支持作用，邊材是輸導水分和無機鹽的結構[13]。

圖1 木材結構：(a)樹干結構示意圖[10]，(b)導管SEM照片[3]，(c，d)管胞SEM照片[19]Fig.1 Structural of wood: (a) wood structure illustration[10], (b) SEM image of vessels[3], (c, d) SEM images of tracheid[19]

硬木的木質部由導管、管胞(部分)、木纖維、木薄壁組織細胞以及木射線組成。雖然管胞也可以輸送水和無機鹽，但是導管是木質部主要的輸送通道。如圖1b所示，導管由一串管狀死細胞組成[3]，直徑一般為幾百毫米，長度在幾毫米到幾米之間[14]。導管細胞尖端壁通過穿孔板連接起來，穿孔板上的孔允許導管通道傳輸水和無機鹽，從而形成了導管通道[15, 16]。在導管細胞成熟的過程中，細胞壁上會形成許多紋孔和不同形式的次生加厚分生組織。

軟木中不含有導管，所以依靠管胞輸導水分[17]。如圖1c和1d所示[18, 19]，管胞與導管類似，管胞的細胞壁內也有紋孔和次生加厚分生組織。管胞是單個的死細胞，管胞的細胞端部并不相互連接，也不存在穿孔板，無法形成長且彎曲的通道。

樹干細胞的細胞壁中有3種重要的成分：纖維素、半纖維素、木質素，它們通過共價鍵和非共價鍵緊密結合[20]。纖維素是自然界中含量最多的一種多糖，不溶于水和一般有機溶劑。如圖2a所示，纖維素是由葡萄糖單元聚合組成的一條線性鏈[21]，這種聚合物由b-1,4糖苷鍵連接D-葡萄糖基形成[22]。這些線性鏈通過范德華力、分子間和分子內氫鍵連接在一起形成了基元纖維，基元纖維進一步聚集形成微纖維[23]。有些纖維可以保持高度有序的結構，稱作結晶狀纖維素，其余則是無序狀態[24]。

與纖維素不同，半纖維素是一種結構復雜的聚合物，由b-1,4-或b-1,3-糖苷鍵連接多種糖亞基組成，結構多樣[25, 26]。多數半纖維素易被水解，可以通過堿性水溶液從細胞壁中提取[26]。半纖維素主鏈很短，具有由不同糖單元組成的支鏈。與纖維素相比，半纖維素具有較低的分子量，并且不會形成聚集體[20]。

木質素是由苯丙素類前驅體合成的一種酚類聚合物，具有無定形的復雜結構，不溶于水。如圖2b所示，木質素主要由對香豆醇、松柏醇和芥子醇這3種單體組成[10]，這些單體通過醚鍵和C—C鍵連接起來[27]。硬木木質素主要由松柏醇和芥子醇形成，軟木木質素則主要由松柏醇形成[20]。木質素是重要的結構支持材料，高含量的木質素使木質部可以支撐整棵樹木的重量。木質素往往和纖維素、半纖維素緊密連接，形成復合體[28]，因此目前不能分離得到結構保持不變的木質素，木質素在植物中的天然結構仍然無法得知[29]。

圖2 纖維素分子結構(a)[21]；木質素構造基礎(b)[10]Fig.2 Molecular structure of cellulose(a)[21]； building blocks of lignin (b)[10]

2.2 木材的特性

得益于木質部獨特的輸運水分和無機鹽的特性，木材具有應用于膜過濾領域的潛質。此外，不規則的導管通道長而曲折，通道內表面存在紋孔和次生加厚分生組織，這些特性增加了水流通過導管時的停留時間，曲折的通道也增加了導管通道內壁的表面積，增大了污染物與表面官能團反應的機率，上述特性有助于提高木質膜的過濾效率[30]。如圖3所示，相比于硬木，軟木中水分和無機鹽的輸運主要依靠紋孔在管胞間的傳輸，其輸運效率遠低于導管[17, 19]。木材對雜質的物理截留主要依靠導管和管胞細胞上的紋孔膜，紋孔膜上有納米級別的小孔，允許水流和部分較小的雜質[31](如病毒等)通過，而較大的雜質(如細菌等)則會被截留下來[19]。

圖3 導管和管胞水流運輸方式對比圖(a)[19]；微纖維沉積的被子植物紋孔膜SEM照片(b)[17]；裸子植物紋孔膜SEM照片(c)[17]Fig.3 Contrast diagram of water transportation in vessels and tracheid (a)[19]; SEM image of angiosperm pit membranes with a uniform deposition of microfibrils (b)[17] and gymnosperm pit membranes(c)[17]

部分學者認為，硬木的導管網絡輸導水分的效率高，在過濾時可以更快速高效地凈化水質[32]。但也有學者認為，硬木中木質部占整個樹干的比例較小，且硬木的導管通道比管胞的單個細胞長，只有木質膜的厚度大于單個導管通道的長度，才可達到過濾效果，因此，軟木更適用于過濾[19]。

纖維素、半纖維素、木質素在不同種類植物中的組成和含量都不同，但是它們都含有大量的羰基、羥基和醛基等官能團，當木質膜對水進行過濾時，這些官能團可與水中的部分雜質結合，達到截留污染物的效果。木質膜的改性主要是對纖維素、半纖維素、木質素這3種組分進行處理，如脫木素是去除木質膜中的木質素和部分半纖維素，醚化/酯化反應則是促使纖維素等與其他有機物的反應以增加木質膜中部分官能團的含量，金屬納米粒子的修飾也需要使納米粒子與纖維素結合。

3 木質膜的制備及修飾改性

木材優異的孔道結構使其在光電、建筑、水處理等領域均具有較大的應用潛力，因此引發了研究者的廣泛關注。但天然木質膜通常無法滿足實際工業需求，對木質膜進行改性處理可以大大提升其應用效能，拓展其應用領域。目前木質膜的改性方法主要可分為脫木素處理、金屬粒子修飾、醚化/酯化和碳化4類。

3.1 脫木素處理

脫木素處理是木材改性的常用手段，進行脫木素處理可以增加木質膜的孔隙率，提高木質膜的水處理效率。脫木素處理包括無機溶液處理、氧氣脫木素法等多種處理工藝。

脫木素處理增加孔隙率的機理是通過破壞納米纖維之間的木質素以提供納米通道，這些通道可大大提高水分輸運的效率。Jia等[33]將木質膜浸泡在pH為4.6的NaClO2溶液中煮沸至木質膜變為白色，用乙醇水溶液沖洗3次去除殘余化學物質后進行冷凍干燥處理。經過脫木素處理的木質膜在保留微通道的同時增加了納米通道，沿通道方向的運輸速度大約是垂直通道方向的5倍，適合應用于無泵微流體領域。Hou等[34]將木片煮沸12 h后使用高溫蒸餾水沖洗3次去除殘留物，然后浸沒在煮沸的漂白溶液中使其變為白色，最后經過冷凍干燥保存其多孔結構，制備出具有極高孔隙率(90%)的新型木質膜。該新型木質膜的多孔結構和各向異性使其具有良好的水通量、低熱導率(0.04 W·m-1·K-1)和優異的拉伸性能(18 MPa)，是膜蒸餾基材的理想選擇。

去除木質素和部分半纖維素也可以增加木材的彈性，使之成為具有良好結構穩定性的超柔性材料。Song等[35]將浸泡在NaOH和Na2SO3混合溶液中的木片經真空處理和沸水多次浸泡后，在空氣中干燥得到柔性木質膜。如圖4所示，改性后的木質膜具有超柔韌性[35]，相比天然木質膜，其拉伸強度提高了7倍，在1000次彎曲后仍能保持結構穩定。同時，柔性木質膜保留了木材的多孔結構、生物降解性和生物相容性。HEK293細胞可在柔性木質膜表面高效粘附和增殖，展示了其作為高效生物降解材料在組織工程、臨床應用方面的潛力。

圖4 經NaOH和Na2SO3處理得到的柔性木質膜[35]Fig.4 NaOH/Na2SO3-treated flexible wood membrane[35]

3.2 金屬粒子修飾

將木質膜作為金屬納米顆粒(nano particles，NPs)的載體具有獨特的優勢。金屬納米顆粒因為范德華力的作用極易出現團聚[36]，而木材的三維多孔結構能夠為金屬納米顆粒提供大量的結合位點，可有效分散金屬納米顆粒，有利于金屬納米顆粒高降解、除菌等性能的發揮。

浸泡是最簡單的修飾金屬納米顆粒的方法，如圖5a所示，Hai等[37]將木質膜浸泡在Au NPs溶液中2 h后干燥，得到Au NPs/木質膜。木質膜中Au NPs作為一種識別元素結合Hg2+，用于基于Hg2+觸發亞甲基藍(methylene blue，MB)還原輔助信號放大的比色檢測系統。此系統對Hg2+的檢測限為35 pm，顯著優于其他方法(10 nm)，適用于低Hg2+環境中低Hg2+的監測。

此外，在木質膜中原位合成金屬納米顆粒也是一種常用的木質膜修飾方法。如圖5b所示，Chen等[30]將硬木木質膜浸沒在PdCl2溶液中，在80 ℃下加熱12 h，即可得到Pd NPs修飾的木質膜。該法利用木質素將PdⅡ)原位還原為Pd NPs，Pd NPs與纖維素和半纖維素的羥基緊密結合，實現了對Pd NPs的均勻分散和固定，過濾后納米顆粒損失率小于1.0%(質量分數)。不同于天然木質膜，Pd修飾后的木質膜可以對有機物小分子MB進行降解，降解效率達99.8%。除了利用木材本身的基團原位還原合成納米顆粒外，也可以采用化學試劑使金屬離子原位還原。如圖5c所示，Che等[38]將木片浸沒在檸檬酸鈉和硝酸銀物質的量之比為1∶1的混合溶液中，在80 ℃下加熱10 h后，置于去離子水中超聲沖洗30 min得到Ag NPs/木質膜，其中檸檬酸鈉作為還原劑在木質膜中原位合成Ag NPs。得益于Ag的殺菌性能，Ag NPs/木質膜在過濾中的除菌效率大大提高。

除單一金屬納米顆粒外，金屬有機框架等也可用于修飾木質膜。如圖5d所示，Guo等[39]將木質膜浸沒在對苯二甲酸、乙酸、N,N-二甲基甲酰胺、ZrCl4的混合溶液中，之后置于120 ℃條件下水熱24 h，清洗后得到鋯金屬有機骨架修飾的木質膜(UiO-66/木質膜)。該法解決了金屬有機框架粉末難以回收的問題[40]，UiO-66 MOFs通過靜電作用與極性官能團結合從而吸附有機染料。在膜通量為1000 L/(m2·h)時，三層木質膜過濾器對普萘洛爾、羅丹明6G等有機物的去除率保持在96%以上。如圖5e所示，Liu等[41]將木片置于浸在CuFeSe2NPs氯仿溶液中真空處理，使得木材表面變黑。木質膜中CuFeSe2NPs可以在全光譜范圍內吸收太陽能，配以木質膜的低導熱性、高親水性以及三維多孔結構，是極好的太陽能蒸汽吸收材料，可達到99%的光吸收率和86.2%(太陽輻照強度5 kW·m-2下)的蒸汽發電率。

圖5 納米顆粒(nano particles, NPs)修飾處理后的木質膜：(a) Au NPs 修飾[37]，(b) Pd NPs 修飾[30]，(c) Ag NPs修飾[38]，(d) Zr MOFs修飾[39]，(e) CuFeSe2 NPs修飾[41]Fig.5 NPs Modified wood membrane: (a) decorated with Au NPs[37], (b) decorate with Pd NPs[30], (c) decorate with Ag NPs[38], (d) decorate with Zr MOFs[39], (e) decorate with CuFeSe2 NPs[41]

3.3 醚化/酯化改性

木質膜的醚化/酯化改性是指通過木材與化學物質的醚化反應或酯化反應改變木材中化學物質(纖維素、半纖維素、木質素)的結構，進而改變木質膜的性能。醚化改性的目的是將陽離子結合到纖維素主鏈上，使得改性后的木質膜帶正電，有利于離子的選擇性傳輸。Chen等[42]將木材浸泡在NaOH溶液中，在高壓下真空處理達到對木材進行堿處理的目的，然后將液體陽離子醚化劑3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(CHPTACD)滴入木材溶液中，經去離子水沖洗得到季銨化木質膜。進一步的機械壓制促使木質膜致密化以保證其高離子導電性。季銨化后的木質膜對KCl的導電性為本體膜的90倍，是理想的納米流體材料。不同于機械壓制，Wu等[43]則在進行醚化處理后使用環氧樹脂填充木質膜中較大的孔隙，得到高離子導電性的木質膜。對這種高離子導電性木質膜串聯，可輸出電壓高達9.8 V，為鹽度梯度發電提供了新思路。

對木質膜進行酯化改性是通過檸檬酸與木材細胞壁上的羥基結合，增加木材中—COOH官能團的含量，—COOH能夠吸附水體中的雜質，故可以達到凈化水質的目的。如圖6所示，Vitas等[44]分別采用經典的濕化學過程和減少溶劑損耗的“干工藝”對木材進行酯化反應。濕化學過程是將樣品一直浸在檸檬酸溶液中，“干工藝”則是在短時間浸泡后放入烤箱烘干。結果表明，三乙胺催化劑提高了木材中—COOH的含量，從而提高了對重金屬Cu2+的吸附容量，可用于水源中的重金屬吸附。利用堿對木材進行預處理后進行酯化反應可以進一步提高木材中—COOH基團的含量[45]。Liu等[46]將木質膜在NaOH溶液中浸泡12 h后，用負壓過濾法對檸檬酸溶液過濾，最后在檸檬酸溶液中浸泡4 h后得到改性木質膜。NaOH使纖維素I型轉變為Ⅱ型，促進了纖維素與檸檬酸的酯化反應，進一步提高了木質膜中—COOH的含量，改性后的木質膜對四環素的去除率達到96%，在水處理領域有廣闊前景。

圖6 濕化學過程和“干工藝”酯化反應流程示意圖[44]Fig.6 Schematic diagram of esterification process: a wet chemical wet process and a “dry” process[44]

3.4 碳化改性

對木質膜進行碳化處理后，仍然可以保持木材的三維多孔結構，同時碳化后的木材具有優異的導電性與高吸光率，在電化學、太陽能蒸汽發電等領域具有廣闊前景。

碳化后的木材導電性增強，可用作電池的陽極材料。Huang等[47]將木片放置在馬弗爐中，在260 ℃下預碳化6 h，再轉移到管式爐中氬氣氛圍下碳化6 h，最后置于CO2氣氛中活化16 h得到木炭陽極。傳統的微生物燃料電池由于在低有機物條件下無法保持其電化學性能，因此出水質量較差。木質膜陽極產出的電能與傳統碳布陽極相同，但是木材獨特的多孔結構對水的過濾作用可以使得出水的化學需氧量、總磷、總氮達到排放標準，提高出水質量。Shen等[48]將木片置于260 ℃空氣中穩定8 h后，氬氣氛圍下保持1000 ℃碳化2 h，制備的木炭陽極的多孔結構提供了良好的電子運輸通道，具有遠超傳統鋰離子電池(3.5 mA·h·cm-2)的高面積比容量(13.6 mA·h·cm-2)。

由于碳化后木材呈黑色，其吸光率也會增強。如圖7a和7b所示，Xue等[49]利用常見的酒精燈，在酒精燈火焰上加熱木片2 min后浸入冷水中淬火，使木材表面碳化，得到具有高吸光率、低熱導率、良好親水性的太陽能蒸汽發生材料。如圖7c和7d所示，Zhu等[50]將木材放置于500 ℃熱板上加熱0.5 min，形成頂部為碳化木材、下層為天然木材的雙層結構。沉積的碳納米顆粒[49]和微通道[50]使得碳化后的木材具有高吸光率，通過入射光在微通道內部的多次反射，頂層碳化后的木材對光的吸收率可達到99%，下層的天然木材由于低導熱性可減少散熱，且木材原有的微觀結構有利于水分傳輸，將其應用于太陽能蒸發裝置時其蒸發效率高達11 kg·m-2·h-1。

圖7 沉積碳納米顆粒的SEM照片(a，b)[49]；木材吸收入射光原理示意圖(c)[50]；太陽能蒸汽發生示意圖(d)[50]Fig.7 SEM images of deposited carbon nanoparticles(a, b)[49]; schematic diagram of wood absorbing incident light(c)[50]; schematic diagram of solar steam generation(d)[50]

4 膜過濾應用

4.1 除菌

天然木質膜通過物理截留可去除水中的細菌。硬木的導管結構長而曲折，導管網絡復雜；軟木中水從一個管胞中紋孔膜上納米級別的孔流向另一個管胞。這樣的結構特性為雜質的過濾提供了良好的物理屏障。如圖8a和8b所示，Boutilier等[19]將軟木木質部插入聚氯乙烯管末端過濾已經滅活的大腸桿菌溶液時，99.9%的細菌被截留，低倍熒光照片顯示細菌主要聚集在管胞的紋孔膜上，證實了軟木管胞中紋孔膜對細菌具有過濾效果。Siwila等[51]將紅葉連珠、香樟、益母草和沙柳這4種非洲本地樹種木材(去皮、長度2.54 cm、直徑2.54 cm)接入管道中，管道中木材對大腸桿菌的去除率分別為83.3%，85.4%，94.3%和57.3%，在去除率較低的2種木材過濾系統中加入顆粒活性炭，則去除率超過99.9%。木質膜和活性炭組合裝置價格低廉，依靠重力過濾，適合貧困地區的飲用水凈化。

Ag NPs修飾的木質膜對細菌的去除是通過木質膜的孔道進行物理截留，并通過Ag NPs破壞細菌細胞結構。如圖8c～8h所示，Chen等[52]制備的三層Ag NPs/木質膜在過濾5 L河水后，細菌和真菌的去除率仍可達到100%，抑菌圈直徑均大于1 cm，證明了Ag NPs修飾木質膜優秀的過濾和抑菌性能。Che等[38]利用軟木制備的Ag NPs/木質膜在過濾109個CFU·L-1的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌后，平板計數法得到2種細菌的去除效率分別達到0.999994和0.999999，而天然木質膜和用Ag NPs修飾的商用濾紙對大腸桿菌的去除率僅達到0.968377和0.99915，表明了Ag NPs/木質膜除菌性能的優異性。Ag NPs修飾木質膜易制備與高效率的特點適合工業領域的大規模開發與利用，可廣泛用于水凈化。

圖8 木質膜的除菌性能：SEM照片顯示過濾后細菌在紋孔膜邊緣積聚(a，b)[19]；河水中細菌(c)與真菌(d)、經天然木質膜過濾后出水細菌(e)與真菌(f)、經Ag NPs/木質膜過濾后出水細菌(g)與真菌(h)的培養結果[52]Fig.8 Bacteria inactivation performance of wood based membrane: SEM images showing bacteria accumulated on the margo pit membranes after filtration(a, b)[19]; the results of culture of bacteria and fungi in river water(c, d), culture of bacteria and fungi in water filtered by natural wood membrane(e, f), culture of bacteria and fungi in water filtered by Ag NPs/wood membrane(g, h)[52]

4.2 去除重金屬離子

木材中包含羰基、酚類等多種官能團，對重金屬有絡合作用，伴隨著多種的離子交換效應、表面吸附等機理，可對重金屬進行吸附[53-55]。此外，通過與檸檬酸等發生酯化反應，增加重金屬的吸附位點，是改性木材提高其重金屬吸附能力的一種方式。

Vitas等[44]制備出琥珀酸改性的木材在低濃度條件下對Cu2+的吸附量高達95%，對100和200 mg·L-1的Cu2+溶液可以做到完全去除。Cu2+濃度為400和500 mg·L-1時，Cu2+的吸附量最高，為14 mg·g-1，優于蒙脫石(3.0 mg·g-1)、夏巴石(5.1 mg·g-1)等多種無機材料。采用乙二胺四乙酸飽和溶液進行解吸實驗，結果表明改性木質膜有良好的可再生性。因此，與琥珀酸、檸檬酸等材料發生酯化反應的改性木材可用作高效的過濾器去除水源中的重金屬。如圖9所示，Yang等[56]在木質膜的纖維素上接枝巰基，制備得到巰基功能化木質膜，巰基可與重金屬形成配位鍵，對水中重金屬離子進行高效去除，Cu2+的初始濃度在30 mg·L-1以下時，巰基化木質膜對Cu2+的吸附效率高于95%。改性木膜對Cu2+的飽和吸附量為169.49 mg·g-1，遠高于其他多孔材料。由于巰基的非均相修飾，三層木質膜過濾器(單層厚度0.5 cm)的水處理效率高于單層厚度為1.5 cm的木質膜，并且在實際應用中便于更換飽和層，體現了多層疊加設計的優勢。

圖9 巰基功能化木質膜制備流程示意圖(a)，巰基功能化木質膜去除水溶液中重金屬離子示意圖(b)[56]Fig.9 Schematic of the synthetic processes of the SH-wood membrane(a), schematic of SH-wood stacks for heavy metal ion removal from aqueous solution(b)[56]

4.3 去除有機污染物

天然木材對以MB為代表的有機小分子染料只能進行低效的物理吸附，而納米Pd/Ag修飾的木質膜對水中的MB有良好的去除效果[3, 57]。當使用木質膜進行過濾時，水流經木質膜時的復雜通道使金屬納米顆粒與MB更緊密地接觸，固定在木質膜的Pd/Ag納米顆粒則高效催化還原溶液中的MB。當溶液中MB濃度小于40 mg·L-1時，Chen等[30]制備的Pd NPs/木質膜對MB的去除率高于99.8%，且在各種pH下對MB的降解效率均基本保持不變。Pd NPs/木質膜的水處理效率也遠高于其他Pd納米結構。該研究建立了平流擴散模型，表明鋸齒通道比直通道擁有更大的雜質接觸面積和更長的雜質停留時間，證實了Pd NPs/木質膜的高降解效率和水處理效率。Che等[38]的研究也證實了木質膜結構的優越性，其制備的Ag NPs/木質膜對MB去除率高達98.7%。而采用相同方法制備得到的Ag NPs/濾紙因為更短的水流通道和更大的空隙，去除率小于45%。對比天然木膜，Ag NPs/木質膜的流速并沒有降低，表明改性并沒有破壞木材的三維介孔結構。且出水中Ag NPs的含量低于100 μg·L-1的標準，證明了Ag NPs在木質膜表面負載的穩定性。

為了解決膜污染問題，Liu等[58]利用水熱碳化法制備了Mn3O4/TiO2/木質膜，如圖10所示。水熱碳化通過增加介孔的比例提高了木質膜負載錳的含量，添加TiO2可防止水熱碳化時木材的收縮，Mn3O4中的Mn(Ⅱ)和H2O2反應生成羥基自由基，將有機污染物礦化分解，有效解決了膜污染的問題，過濾180 min后膜通量仍然保持在63%左右。

圖10 Mn3O4/TiO2/木質膜作為平行串聯微反應器的催化降解過程示意圖[58]Fig.10 Schematic diagram of the catalytic degradation process in Mn3O4/TiO2/wood membrane as a parallel-series microreactor[58]

5 結 語

木材資源豐富、價格低廉，其獨特的三維多孔結構可有效截留水中的多數雜質，經過改性后，木質膜對細菌、重金屬、有機物污染物均具有良好的去除效果，優異的水處理效率表明木質膜具有良好的應用前景。為促進木質膜的推廣和應用，可從如下幾個方面開展研究：① 木質膜制備中，脫木素過程使用大量的堿，易對水體造成污染，開發環保綠色的脫木素的工藝和方法，避免大量有毒有害試劑的使用是其規模化應用的關鍵；② 對木質膜進行功能化，賦予木質膜更多的功能性，如導電性、催化性等，可以進一步拓寬木質膜的應用范圍；③ 目前木質膜的研究集中于單一污染物，缺乏針對復雜水體環境的相關研究，因此開展針對新興污染物和復合污染物的研究有利于進一步推動木質膜的快速發展。

綜上，木材作為一種新型的膜材料，在未來降低膜分離成本、提高過濾效率、獲得高品質用水的研究中，將顯示出廣闊的前景。