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工农业生产、日常生活过程中往往产生大量的有机污染物有害废水,所引起的水资源短缺问题已成为全球性的严峻挑战之一。膜分离技术因高效率、低能耗、常压常温条件下操作、过滤过程简单且易于控制,被广泛应用于水处理领域。如何在提高膜材料分离效率和渗透通量的同时,尽可能减少或消除膜过滤过程中产生的表界面污染是当下膜分离领域研究的重点和难点。近年来,将微/纳米非均相催化剂通过共混、原位生长或自组装等方法引入膜材料是一种构建自清洁分离膜的有效手段。然而在聚合物基或层层堆叠组装复合膜的制备过程中,由于金属基催化剂颗粒因分散性或与膜基质不兼容性,往往面临着易团聚堵塞孔道、分布不均匀、结合不牢固易流失等问题从而影响膜材料的分离和催化性能。以单宁酸为代表的植物多酚（PP）具有多酚羟基分子结构,可以提供配位键、氢键、亲疏水作用、阳离子-π等多重键合作用,因此,有望在无机催化剂与膜基质的表界面起到分子桥联作用,构筑高性能和强稳定性的分离/催化膜材料。针对膜表界面污染问题,本论文利用原位生成或客体材料插层组装实现膜自清洁抗污;通过插层纳米规则形态、针簇状、纺锤型和针/片等不同形貌客体材料探索对分离性能的提升效果。以不溶性乳化油和水溶性有机污染物分子为研究对象,PP为表界面修饰剂,二元或多元金属化合物为结构调节剂和催化剂,通过金属离子扩散诱导相转化法、配位组装技术、水热法和真空辅助自组装法等技术相结合,制备出一系列多酚介导金属化合物基多孔复合膜,系统调控实验参数优化复合膜的微结构和分离性能,实现高效分离与催化自清洁性能,提高膜表界面的抗污性能。具体研究如下:1、金属离子扩散诱导界面组装构筑单宁酸介导LDH复合膜及其分离与自清洁性能研究简单、温和、低能耗制备高性能和稳定性超润湿自清洁膜仍是一个挑战。本章提出金属离子扩散诱导界面组装和多酚介导策略,双金属离子和碱性离子分别掺入铸膜液和凝固浴,相转化过程中原位形成CoFe-LDH,随后与单宁酸（TA）配位组装制备多酚介导LDH膜（TA@CoFe-LDH@PVDF）。CoFe-LDH的微观粗糙结构和TA分子多羟基的强水合能力协同实现超亲水-水下超疏油性。最优膜高效分离多种水包油乳液,分离效率均大于99%,渗透通量高达593.9 L m-2h-1bar-1。TA的还原性促进了Mn+1/Mn+循环,TA@CoFe-LDH@PVDF膜静态降解亚甲基蓝（MB）的速率常数(1.04 min-1)比CoFe-LDH@PVDF膜提高1.67倍,5.0 min内降解效率接近100%,并减少金属离子浸出。膜内动态传质过程显著加速催化动力学,其速率常数比静态条件下提高23.89倍。2、多酚介导微/纳米球形CoFe2O4-rGO/GO复合膜的构筑及其分离与自清洁性能研究在GO片层间插入的纳米规则形态客体材料因紧密堆积导致提高层状膜的通量十分有限。本章通过水热法在GO表面原位沉积微/纳米球形CoFe2O4制得褶皱结构CoFe2O4-rGO,经热处理表面修饰多酚后,利用真空辅助自组装法制备多酚介导微/纳米球形CoFe2O4-rGO/GO复合膜。相较于未多酚改性膜（85.54%）,聚单宁酸（p TA）、绿茶多酚（GTP）和红茶多酚（BTP）介导膜将MB的截留率分别提高至99.11%、98.92%和99.20%。在保证高截留率的前提下,TA介导最优的CoFe2O4-rGO-p TA/GO膜具有最高渗透通量(167.19 L m-2 h-1 bar-1),是纯GO膜的数十倍。p TA、GTP和BTP修饰CoFe2O4-rGO后将催化降解MB的速率常数分别提高61.54%、38.46%和19.23%,尤其是CoFe2O4-rGO-p TA在12 min内降解近100%MB。三种多酚介导CoFe2O4-rGO-PP/GO膜经10次循环后仍保持超过97%的MB截留率。CoFe2O4-rGO插层和多酚介导的协同作用有效提高复合膜的分离性能、渗透通量和催化自清洁性能。研究表明,尺寸筛分和吸附截留的共同作用是膜分离机理。3、多酚介导针簇状NiCo-LDH/GO复合膜的构筑及其分离与自清洁性能研究上章节研究发现,插层多孔性客体材料有利于扩大水通道,提升膜渗透性。本章利用水热法合成多孔针簇状NiCo-LDH,随后表面修饰多酚,通过真空抽滤法将其插入GO层间制备多酚介导针簇状NiCo-LDH/GO复合膜。GO与NiCo-LDH之间强相互作用导致絮凝沉淀,引入多酚与NiCo-LDH配位组装,提升其表面电负性,与GO可形成均匀混合分散液,有利于自组装成膜。最优的NiCo-LDH-TA/GO膜对MB的截留率和通量分别高达99.51%和196.49 L m-2 h-1 bar-1。然而,未经多酚修饰NiCo-LDH/GO膜同等条件下的截留率仅有84.66%,表明多酚能够强化膜分离性能。最优NiCo-LDH-TA/GO膜经过18次分离-催化自清洁循环后,过滤MB的通量仍高于165 L m-2 h-1 bar-1,截留率超过97.22%。4、单宁酸介导3D纺锤型MOF/GO复合膜的构筑及其分离与自清洁性能研究水生动物身体多呈纺锤型,利于减少水的阻力,大幅提高速度。受此启发,本章通过水热法制备均一性3D纺锤型CoFe-MOF纳米颗粒,并插层到GO-TA片层间制备TA介导MOF/GO复合膜（CoFe-MOF/GO-TA）。最优的CoFe-MOF/GO-TA-10膜对Rh B和TC的截留率分别达到98.45%和98.43%,渗透通量分别为296.17和229.29 L m-2 h-1 bar-1。同等条件下,未经TA修饰的CoFe-MOF/GO膜对Rh B和TC的截留率分别仅有80.55和76.93%,表明TA起到分子桥联作用。CoFe-MOF/GO-TA-10膜经16次循环后,对Rh B和TC的渗透通量分别高达230.11和167.74 L m-2 h-1 bar-1,截留率分别维持在97.26%和96.48%,表明复合膜具有优异的循环稳定性能。活性氧检测实验表明?OH、SO4·-、O2·-和~1O2协同作用实现膜的催化自清洁。5、单宁酸介导针/片协同结构三元LDH-GO/GO-TA复合膜的构筑及其分离与自清洁性能研究前面章节验证多孔隙和纺锤型单一结构客体材料对膜分离性能的提升是明显的,但是同时插层2种不同形态的客体材料对膜分离性能的影响还鲜有报道。本章通过水热法在GO表面沉积针/片协同结构CoFe Ni-LDH,并与GO-TA作为构筑单元制备TA介导针/片协同结构CoFe Ni-LDH-GO/GO-TA复合膜。研究发现,水热过程引入GO纳米片能够调控LDH垂直取向生长,有利于加速电子转移,提升吸附驱动-催化性能。CoFe Ni-LDH-GO活化PMS在10 min内完全降解Rh B,其速率常数比CoFe Ni-LDH提高了30.56%。相对于CoFe Ni-LDH-GO/GO膜,TA介导作用将CoFe Ni-LDH-GO/GO-TA-7.5对Rh B的截留率提高至99.23%。针/片协同结构CoFe Ni-LDH大幅提升了CoFe Ni-LDH-GO/GO-TA-7.5复合膜的渗透通量,高达358.28 L m-2 h-1 bar-1,略高于CoFe Ni-LDH/GO-TA-7.5(338.53 L m-2 h-1 bar-1),说明垂直生长有助于提供孔隙和促进水传质。此外,GO与CoFe Ni-LDH形成异质结构大幅促进CoFe Ni-LDH-GO/GO-TA膜的循环稳定性,20次循环后的通量和截留率分别维持在282.71 L m-2 h-1 bar-1和97.97%。