由于近年来世界人口急剧增长、快速工业化和广泛的气候变化，世界正面临水资源短缺的威胁。
今天，超过1亿人，约占世界人口的五分之一，生活在严重缺水的地区;难以获得清洁和安全的饮用水每年导致数百万人死亡。

因此，通过节能和具有成本效益的技术来满足关键的全球用水需求，以生产和回收高质量的水，已成为一个高度优先事项。
TFC膜由薄的选择层组成，通常由聚酰胺制成，覆盖在微孔支撑层。
PA层是通过多官能胺和多官能酰氯分子之间的界面聚合反应制备的。

TFC膜的多层结构提供了独特的机会，通过使用新型材料和先进的合成方法独立调整和增强选择性和支撑层的性能。

实验的最后，在本工作中，我们报告了一种高度稳健和有效的TiO掺入方法2NP进入PA矩阵。
利用庚烷中的油酸通过双相溶剂热反应同时进行NPs的合成和表面改性。
由此得到的稳定TiO2然后将庚烷中的悬浮液添加到TMC-庚烷溶液中以制造TFN PA膜。
预计纳米TiO的稳定分散2TMC-庚烷溶液中聚集率非常低的颗粒可以有效地产生具有增强热机械、抗菌和渗透性能的纳米复合PA薄膜。

所产生的结果：二氧化钛2采用透射电子显微镜、X射线光电子能谱和动态光散射技术对BST反应合成的NPs进行了表征。

关于晶体形状，TiO2NPs通常有三种结构，即锐钛矿、金红石和板石。
制备的TiO2NPs主要具有锐钛矿结构，如XRD光谱中2θ度处的25.3°、37.8°和48.1°特征峰。
这些峰分别对应于、和个平面。

已知锐钛矿结构可提供更高的光催化活性，稍后将讨论。
分散TiO的粒径分布和聚集速率2采用DLS技术评估庚烷中的NPs。
尺寸测量在30分钟内进行了三次。
图中的面板表示 TiO2NPs在庚烷中高度稳定，平均尺寸小于10 nm，从7.1 nm开始，8分钟后达到5.30 nm。
TiO的高稳定性2庚烷中的NPs对于合成无缺陷的PA薄膜至关重要。

图片显示了底式TFC和TFN4膜的表面和横截面图像。
通过场发射扫描电子显微镜获得表面图像。
图、和中的FESEM和TEM图像表明，基质TFC膜的PA层具有具有多个内部纳米和微空隙的脊谷形态。

与基底TFC膜的均匀表面特征相反，在图中使用背散射电子检测器获得的TFN4膜的FESEM图像揭示了膜表面多个大岛的形成。
这些岛屿是PA与高浓度TiO的混合物2NPs。
通过能量色散X射线光谱（EDX）获得的图中的元素色图也证实了TiO的良好分布2PA 结构内的 NP。

TFC膜的渗透性能在很大程度上取决于其物理化学和结构特性，例如PA层的厚度和交联密度，复杂的内部自由体积，表面电荷和膜的亲水性。
对于TFN膜，掺入纳米材料的表面和体积特性以及它们与主体聚合物基质的相互作用也对TFN膜的最终传输性能有重大影响。

为了评估膜的热稳定性，首先在室温（25°C）下进行过滤测试，然后升至65°C。
室温下透水结果对比表明，TiO的添加2进入PA层的NPs最初改善了所得TFN膜的水通量。
进一步掺入二氧化钛2然而，NPs导致TFN膜具有较低的水通量。
TFN1和TFN2膜的水通量高于TFC膜，表明TiO存在最佳负载用于制造高通量TFN膜的NP。

关于脱盐，所有合成的膜在水中的选择性都高于97%的NaCl。
碱性TFC膜与TFN1和TFN2膜的脱盐率几乎相似;然而，TFN3和TFN4膜在水通量和脱盐之间的典型权衡关系中提供了更高的脱盐率。
TFN3和TFN4的低水通量和较高的脱盐率可归因于通过整合分散良好的纳米尺寸TiO，PA基体内的自由体积减小2粒子。
这些NPs的存在可能限制了水和溶质分子通过TFN膜的运输途径。

通过提高进料溶液的温度，所有合成的膜都提供了更多的水通量，最大值为65 °C。
膜的渗透速率随温度的逐渐增加可归因于PA层的膨胀以及水分子通过膨胀膜的扩散系数较高。
当过滤测试在65 °C下持续较长时间时，在43小时的过滤测试中，基础TFC膜的通量从5.33 LMH逐步下降到6 LMH。
在TFN1和TFN2的情况下，观察到的通量下降变得温和，而在TFN3和TFN4的情况下，观察到的通量下降完全被克服，其中TiO浓度较高。

2NP被整合。
这种逐步磁通量下降的一个可能解释可能是膨胀的PA膜在高温和高压（分别为65°C和220 psi）下的压实。
因此，可以得出结论，TiO的添加2NPs通过限制PA基体在高温下的链迁移率，可以有效提高TFN膜的热机械稳定性。

在脱盐率方面，与室温相比，所有合成膜在65 °C下的脱盐率均高于室温，特别是在TFN3和TFN4的情况下，脱盐率分别高达99.2%和99.4%。
TFN3 和 TFN4 的高脱盐率和稳定的透水性对于在进料流高温下需要强大的膜性能和高质量水的应用非常理想。

这种应用可以在蒸汽辅助重力排水的采油过程中找到，其中采出水的温度高达∼150°C。
为了再利用和回收采出水，在水处理过程中将采出水冷却到∼60°C，在蒸汽发生器中重新加热到∼200°C，浪费了大量的能源。
耐热膜有可能集成到水处理设施中，并降低采油厂的锅炉加热要求和温室气体产生。

TiO的光催化活性2使其成为一种潜在的材料，可用于广泛的应用，包括食品和医疗行业、太阳能转换和水净化。
在紫外光下，TiO2NPs产生活性自由基物种，分解有机物并使活生物体失活。
中等带隙和低毒性使 TiO2NPs有望将纳米填料用于水处理应用，特别是减少生物和有机结垢。

通过计算在紫外线照射膜上形成的细菌菌落的数量来评估本研究中合成的TFN膜的抗菌活性。
图片显示了紫外照射2分钟后碱基TFC，TFN4和TFN30膜的三个板的图像。
可以看出，紫外线照射在TFN膜上有效地降低了大肠杆菌的活力。

如图所示，TFN12膜的细菌菌落数量从2.10 \（\，{\mathrm{log}}_{10}（{\rm{cfu}}/{\rm{ml}}）\）急剧减少到TFN7膜的10.2 \（\，{\mathrm{log}}_{4}（{\rm{cfu}}/{\rm{ml}}）\）。
TiO浓度进一步增加2与TFN4膜相比，TFN2膜中的NPs提供了略高的抗菌效率。
与基底TFC膜相比，TFN膜表面细菌菌落数量之间的明显差异表明其高光催化活性，从而提高了集成TiO的抗菌效率2PA 网络中的 NP。

TFC和TFN膜的渗透性能和结垢倾向受表面理化特性以及PA结构内复杂的相互连接自由体积的强烈影响。
研究中，我们的主要目标是纳入TiO。
2NPs进入PA基质，以改善所得TFN膜的热稳定性和抗生物污染性能。
在高温下产生渗透结果。

结果表明，与基底TFC膜相比，所有TFN膜的热稳定性都有所提高。
较高的热稳定性可能是由于通过添加纳米级TiO形成更致密的结构2NPs进入PA结构。
通过比较添加高浓度TiO的TFN4和TFC膜的透水性可以确认这一结果2NPs导致膜更致密，水通量更低，但脱盐率更高，热稳定性更高。

然而，合成的TFN2膜表现出比基础TFC膜更高的水通量和热稳定性，NPs的最佳浓度。
此外，紫外光照射下大肠杆菌的抗菌淤积测试表明，与碱性TFC膜相比，所有TFN膜均表现出更高的光催化活性和防污倾向。

采用双相溶剂热法合成TiO的主要两大挑战2由于长时间对溶剂进行高温处理，溶剂热合成过程通常比传统的水解方法更耗能。
然而，必须注意的是，通过常规水解方法合成的NPs也需要热后处理才能获得适当的晶体形状。

水解过程中NPs的产率也高于溶剂热法；然而，NPs的大小在本研究中非常关键，在溶剂热法中更易于控制。
值得一提的是，无需合成后结晶退火的单锅合成程序为扩大水热法和溶剂热法提供了巨大的潜力。

二氧化钛2NPs使用双相溶剂热反应制备，其中反应在高温下在水和有机溶液的界面上进行。
首先，将由20ml去离子水和200μlTEA组成的水溶液加入PTFE特氟龙衬里中。
然后，通过将800μl异丙醇钛和1200μlOA加入20ml庚烷来制备有机溶液。

将庚烷溶液在超声波浴（FS30H，费希尔科学）中超声处理30分钟，然后轻轻倒在PTFE衬里的水相上。
将特氟龙容器放入不锈钢高压釜中，然后密封并在真空炉中在8°C下加热200小时。
异丙醇钛在水/庚烷界面处与水反应生成TiO2如下:

{\rm{Ti}}{[{\rm{OCH}}{（{{\rm{CH}}}_{3}）}_{2}]}_{4}+2{{\rm{H}}}_{2}{\rm{O}}\to {{\rm{TiO}}}_{2}+4{（{{\rm{CH}}}_{3}）}_{2}{\rm{CHOH}}

将高压釜在室温下冷却12小时，加入含有TiO的上清液有机溶液2仔细提取用OA封盖的NPs。
假设上述反应的进行转化率为100%，产生的TiO2发现为 0.01 毫克/微升。
图片示意性地说明了TiO的合成路线2使用BST反应的NPs。

TiO的晶体结构2NPs通过XRD技术进行检查。
使用JADE软件对收集的光谱进行分析。
分散TiO的粒径和稳定性2庚烷中的NPs通过DLS技术测量。
TiO的粒径分布（PSD）2通过CONTIN分析从632.8 nm处获得的He-Ne激光器的散射结果提取NPs。
二氧化钛的大小2NPs也使用TEM设备进行测量。

通过放置一滴TiO来制备样品2-铜网格上的庚烷溶液。
在短时间内，庚烷蒸发，TiO2连接到支撑铜栅的NP。
TEM还用于获得合成膜的横截面图像。
膜样品首先用柠檬酸铅和乙酸铀染色，然后嵌入Spurr的树脂中。

然后使用超薄切片机制备样品的超薄切片，最后通过TEM进行检查。
采用FESEM 技术对TFC和TFN膜的表面形貌进行了表征。
显微镜还配备了EDX检测器，用于元素映射和相位鉴定。
样品被碳涂层，并用SE和BSE检测器进行检查。
使用ATR-FTIR光谱分析了制备的TFC和TFN膜的化学成分。

使用TGA-Q500通过热重分析评估复合聚合物的热稳定性。
使用错流过滤装置测量制备的膜的水通量和盐（NaCl）去除率。
操作测试条件设置为220 ± 5 psi （1.52 ± 0.03 MPa） 的跨膜压力和 1 ± 0.1 Lmin 的恒定进料流速−1（16.7 ± 1.7 厘米3/s）。