2026, Vol. 56
由于全球人口增长、产业扩张与气候变暖等多重因素影响，清洁淡水的供需矛盾日趋尖锐。以可持续、低成本的方式对海水、苦咸水及工业废水等非常规水源加以有效利用，已成为保障水安全的核心议题。硼，作为动植物必需的微量营养元素，过量摄入却会对人体健康与作物生长产生不利影响。世界卫生组织明确规定，饮用水中硼上限为2.4 mg·L-1，灌溉用水中硼浓度需控制在1.0 mg·L-1以下[1]。硼是一种缺电子原子，在天然水系中主要以硼酸(H3BO3)和硼酸盐(B(OH)4-)的形态存在[2]。当体系总硼含量低于290 mg·L-1时，不存在多聚硼酸根离子[3]，仅存在H3BO3与B(OH)4-的二元平衡，其形态分布主要取决于溶液的pH值(见图 1)。不同水体中硼浓度差异显著：工业废水中硼浓度可达400 mg·L-1[4]，地下苦咸水中的硼含量波动较大(0.3~100 mg·L-1)[5]，而海水中硼含量约为4.5 mg·L-1，且海水体系平均pH介于8.0~8.5，该条件下硼主要以中性H3BO3形态存在。
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图 1 不同pH条件下硼酸的形态分布图 Fig. 1 Speciation of boric acid under different pH |
目前，已有大量关于水体中硼污染物去除的研究报道[6-13]。其中，吸附法与膜分离法因具备高效脱硼特性，在该领域得到广泛应用。本文聚焦各类脱硼材料的性能特征，系统综述了吸附法与膜分离法在水体脱硼领域的应用原理及最新研究进展，并对不同脱硼技术的优势与局限性进行了全面评估。
1 吸附脱硼技术“吸附”一词最早由德国物理学家亨利希·凯瑟于1881年提出，并在20世纪80年代中期得到进一步拓展[7]，吸附技术指通过物理或化学作用，将流体相中的特定组分固定在固体表面或孔隙中，对物质进行分离和提纯的技术手段。吸附法能够高效去除低硼浓度水体中的硼[2]，且具有成本低廉、操作简便等优势，已成为当前硼去除与回收领域应用最为广泛的技术之一，下文将重点对几类具备脱硼能力的吸附材料进行总结概述。
OMS是一类具备有序介孔(孔径2~50 nm)结构的二氧化硅粒子，由有机模板剂与无机前驱体的协同自组装制备而成，可通过调控组装行为定制多样化介孔结构[20]。得益于其独特的无定形特性，OMS表面分布大量硅烷醇，该基团可与不同功能基团发生缩合反应，为材料的功能化改性提供基础。作为典型的二维六方相介孔分子筛，SBA-15具有高比表面积、可调节孔径和良好的水热稳定性[21]，Ben Amor等[22]开展了葡糖胺改性的SBA-15在水溶液中的脱硼研究，结果表明，在相同条件下，改性后材料对硼的去除率由未改性时的23%跃升至45%，吸附容量显著增强。
气凝胶是通过特定干燥方式以气相取代凝胶中液相制得的纳米级多孔固态材料，可通过优化制备工艺向孔道中引入功能性官能团，从而提升吸附性能。Pan等[23]采用水热合成策略，将NMDG嵌入气凝胶三维孔道，同时通过环氧氯丙烷改性强化材料机械性能，制备了N-甲基-d-谷氨酰胺/氧化石墨烯/羟基纯化多壁碳纳米管气凝胶(ECH@NGM)，该材料对盐湖卤水(经盐酸预处理，硼浓度173.7 mg·L-1，pH=10±0.1，25 ℃)中硼的饱和吸附量达53.19 mg·g-1。Wang等[24]利用溶胶-凝胶法结合冷冻干燥技术，将NMDG包埋于海藻酸钠/聚乙烯亚胺/聚硅氧烷三元网络，利用Ca2+与藻酸盐的螯合作用稳定孔壁结构，通过聚醚酰亚胺的质子化胺基与NMDG的邻羟基协同配位硼酸根，使材料硼吸附量达到38.41~49.39 mg·g-1。经盐酸洗脱后，材料解吸率仍保持96%，证实其具备优异的循环稳定性。
1.1 螯合树脂及其他多孔材料硼选择性螯合树脂通常含大量顺式羟基结构，能够与硼形成稳定的硼酸盐络合物，因而作为一种高效可靠的硼吸附剂被广泛应用[14]，其与硼酸的络合机理如图 2所示。商业硼选择性螯合树脂(如Diaion CRB 01、Diaion CRB 02、Purolite S108)大多在大孔聚苯乙烯骨架上引入富含羟基和叔胺末端的N-甲基-D-葡糖胺(N-methyl-D-glucamine，NMDG)结构，其中，羟基与硼酸根发生络合反应实现硼的捕获，而叔胺末端可中和络合过程中产生的质子，从而将吸附剂表面的pH值维持在较高水平[15]。
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图 2 NMDG与硼酸络合的典型方案[14] Fig. 2 Representative scheme of boric acid chelation by N-methyl-D-glucosamine[14] |
商业硼选择性螯合树脂的聚苯乙烯骨架具有疏水性，在水相中传质效率低，这一特性严重制约了其脱硼性能[16]。近年来，金属有机框架(Metal organic frameworks，MOFs)、有序介孔二氧化硅(Ordered mesoporous silica，OMS)及气凝胶等多孔材料，凭借高比表面积与可精准调控的孔道结构，能够为硼选择性官能团提供充足锚定位点，已成为该领域被重点研究的替代材料。
金属有机框架是一类具有周期性网络结构的多孔材料，由金属离子和有机配体通过配位构建而成，兼具高孔隙率与结构可设计性，在吸附领域展现出广阔应用潜力[17]。然而，部分MOFs材料由于配位键较弱，化学稳定性不足[18]，在水环境中易发生配位键水解，导致材料骨架收缩甚至坍塌。拉瓦锡骨架材料(Materials of institute Lavoisier frameworks，MILs)是一类特殊的MOFs材料，其中，MIL-100由三价过渡金属离子与羧酸基配体配位形成，具有强大的水热稳定性，图 3(a)为该类硼吸附MOF材料的结构示意图，其脱硼机制为：金属簇M—OH基团中含孤对电子的氧亲核攻击缺电子硼，实现对硼的捕获。Meng等[19]通过水热合成制备了MIL-100(M)系列吸附剂(M=Al，Ga，In，Sc，Cr，Fe)，并在pH=4.3的硼酸吸附体系中开展性能探究，结果表明，在该研究范围内，MIL-100(Sc)表现出最优硼吸附容量，每摩尔吸附剂的硼吸附容量为8.74 g·mol-1(MIL-100(M=Al，Ga，In，Cr，Fe)分别为4.36，5.90，7.47，3.89，2.99 g·mol-1)。这一研究明确中心金属离子半径是调控硼吸附性能的关键因素：原子半径增大可提升末端羟基氧的电子密度，进而强化对硼的亲核攻击，提高吸附容量。
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((a)MOF中金属簇对硼的吸附; (b)LDH对硼的吸附。(a) Adsorption of boron by metal clusters in MOF；(b) Adsorption of boron by LDH. ) 图 3 不同材料吸附硼的示意图 Fig. 3 Boron adsorption by different materials |
金属氧化物含水表面的羟基可与硼酸形成硼酸盐酯，实现高效脱硼。pH＜12时，氧化镁表面经水化作用生成氢氧化镁凝胶层，通过数小时的水化-络合，硼去除率超过95%[25]，然而冗长的吸附平衡时间严重限制了其大范围应用。Fukuda等[25]采用低温煅烧工艺，制备了晶粒尺寸小、比表面积大的高结晶度MgO吸附剂，使吸附剂脱硼速率提高两个数量级。此外，针对MgO基吸附剂热再生能耗高(≈500℃)的技术瓶颈，Kameda等[26]提出NaOH液相解吸策略，为该类吸附剂的绿色循环提供新思路。氧化铝的零电荷点(pHpzc)pHpzc介于8.7~9.0，略低于硼酸的酸度系数(pKa=9.24)。因此，当氧化铝表面不带电且溶液中硼主要以硼酸形态存在时，其对硼的吸附效果最佳[27]。Lou等[28]构建了分级结构的γ-Al2O3微球吸附剂，该材料在竞争离子共存环境下仍对硼保持高选择性，饱和吸附容量达51.60 mg·g-1，经5次NaOH洗脱-水洗再生循环后，吸附性能无明显衰减。
层状双氢氧化物(Layered double hydroxides，LDHs)由带正电荷的金属氢氧化物片层与层间阴离子、水分子交替堆叠而成，根据其阴离子交换特性，可精准嵌入硼选择性基团，实现材料组成与功能的多元调控[29]；此外，其稳定的层状结构也便于回收和循环使用。LDHs对硼的捕集以层间阴离子交换为主(见图 3(b)所示LDHs脱硼的离子交换过程)。Bai等[30]系统比较了CO32-、NO3-、SO42-三种不同层间阴离子型Mg-Al-LDHs的脱硼性能，发现NO3-与LDH层板的亲和力最弱，更易与硼酸根进行离子交换，Mg-Al-LDH(NO3-)的硼去除率为89.7%。Zhao等[31]将柠檬酸根插入CA-Mg-LDH层间以扩大层间间距，并将其嵌入薄层纳米复合膜(Thin-film nanocomposite，TFN)中，所得TFN膜可实现75.2%的硼截留效果。
1.3 天然材料与上述硼吸附材料相比，天然材料壳聚糖、纤维素、膨润土[32]、沸石[33]等在来源广泛性和成本经济性方面具有明显优势，但这类材料普遍存在本征吸附容量低、硼选择性差的问题，亟需通过化学改性突破性能瓶颈。
纤维素作为植物细胞壁的主要成分，是由β-D-吡喃葡萄糖单元构成多糖类物质，具有低成本、可生物降解、可再生等特性，在水处理领域展现出巨大应用潜力[34]。然而，纤维素表面官能团数量较少，需通过改性处理实现对硼的高效吸附。Altinbas等[35]以低成本、环保型纤维素为载体，设计了一种含甲基丙烯酸缩水甘油酯和NMDG官能团的新型硼吸附剂。其中，甲基丙烯酸缩水甘油酯富含乙烯基和环氧环，可为硼选择性官能团提供稳定的承载位点，改性后吸附剂的硼吸附容量达19.29 mg·g-1。Liang等[36]采用无机酸水解纤维素，制备出超高比表面积的纤维素纳米晶体，随后通过聚乙烯亚胺与葡萄糖酸对其进行改性，在纳米晶体表面接枝多元醇和胺官能团，该新型功能化纤维素纳米晶兼具高吸附容量(≥55.8 mg·g-1)与低成本优势，为硼吸附剂的经济合成提供了新思路。
壳聚糖由自然界储量仅次于纤维素的第二大可再生多糖-甲壳素经脱乙酰化反应制得，其分子结构中富含的—NH2和—OH基团能够为化学修饰提供充足反应位点，是一类重要的经济型材料。Ho等[37]使用D-(+)-葡糖酸-1, 5-内酯修饰壳聚糖纳米纤维，制备出环保型壳聚糖纳米纤维珠。改性后材料的羟基密度提高至49.5%(原始片材仅16.4%)，对应硼饱和吸附量达6.05 mg·g-1。Kluczka等[38]使用混凝法将Mn2+引入壳聚糖骨架，再经原位氧化形成锰氧化物，制得的复合吸附剂对硼的饱和吸附量高达187 mg·g-1，经碱液洗脱后解吸率约为95%，为基于天然材料的可再生高效除硼吸附剂设计提供了范例。
2 膜分离脱硼技术膜分离技术是指在分子水平上，利用半透膜的选择透过性，分离不同粒径分子混合物的技术手段。该技术凭借工艺简单、环境友好、分离效率高等优势，在水处理领域备受关注。同时，膜分离技术易于与其他工艺集成以提高除硼效率，近年来已逐渐发展成为传统脱硼方法的有力替代技术。目前，对于膜法脱硼的研究主要集中于反渗透(Reverse osmosis，RO)、正渗透(Forward osmosis，FO)、膜蒸馏(Membrane distillation，MD)、聚合物增强超滤(Polymer enhanced ultrafiltration，PEUF)、吸附-膜过滤(Adsorption-membrane filtration，AMF)等技术方向。
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表 1 现有脱硼技术的优势及存在问题 Table 1 The advantages and disadvantages of technologies for boron removal |
反渗透是一种利用半透膜的选择透过性，在压力驱动下将溶液中的溶质与溶剂分开的膜分离技术[59]。传统反渗透膜孔径小至纳米级，对海水中的离子具备99%以上的高效脱除能力[59]，但针对硼的截留效果相对有限，截留率通常仅为80%~90%[39-42]，目前一级反渗透海水淡化水中的硼含量通常高于1 mg·L-1[60]，而苦咸水淡化水中硼浓度高于5.0 mg·L-1[61]，这主要归因于以下三点：海水中硼以中性H3BO3形式为主，膜表面静电排斥无效；中性H3BO3分子尺寸(≈1.55 Å)小于聚酰胺网络平均孔径，难以通过尺寸筛分作用截留；H3BO3三羟基结构可与水形成强氢键网络，促使其透过膜孔。反渗透法的脱硼示意图如图 4(a)所示。
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((a)反渗透, (b)正渗透, (c)膜蒸馏。(a) Reverse osmosis, (b) Forward osmosis, (c) Membrane distillation. ) 图 4 不同膜分离法处理含硼废水的示意图 Fig. 4 Different membrane separation methods for treating boron containing wastewater |
基于此，反渗透膜材料研发聚焦于结构改性与新型材料设计，以提升脱硼性能。Wang等[62]向聚酰胺活性层中引入—SO2—NH—和—SO2—OH基团，构筑竞争性氢键网络，阻断硼酸-水分子协同迁移通道，将该改性膜应用于硼浓度为5 mg·L-1的模拟海水脱硼处理，实现了95.34%的硼去除率。Yao等[63]设计3, 5-二羟基-4-甲基苯甲酸(3, 5-dihydroxy-4-methylbenzoic acid，DHMBA)分子，利用共溶剂辅助界面聚合制备出高性能聚酯反渗透膜，聚酯膜表面羧基密度低，减少硼酸氢键结合与分配；聚酯层内羧基浓度高，增大扩散摩擦阻力，延缓硼的传输速率。该膜在模拟海水条件下，对5 mg·L-1进料硼的脱硼率达(93.2±0.3)%，渗透液硼浓度低至0.32~0.36 mg·L-1，其脱硼性能显著优于商用SW30聚酰胺膜(脱硼率(74.4±0.8)%)，为反渗透脱硼膜提供了新型材料选择。选择性与渗透性的“Trade-off”现象是反渗透膜技术的核心瓶颈[39]，近期的膜制备研究思路由单一筛分转向“尺寸筛分+化学捕获”双机制耦合：一方面，构建结构更为致密的膜；另一方面，在膜表面或孔道内引入硼选择性基团，实现瞬时化学捕获。Xu等[40]采用紫外诱导辅助界面聚合，以紫外辐射原位触发丙烯酸-2-羟乙酯和丙烯酰胺的自由基共聚并同步交联聚酰胺骨架，构筑致密杂化层，层内高电子密度的羟基与缺电子硼特异性结合，在硼浓度5 mg·L-1的模拟海水中测试，硼截留率提升至92.8%，而水通量仅下降6%，该策略为突破传统“Trade-off”极限提供了可行范式。
此外，在工艺流程层面提高进料液的pH、优化系统设计以及增加预处理或后处理步骤等，亦可有效提升脱硼性能。Bao等[41]使用电辅助反渗透技术，通过施加4 V外电压实现水的原位电解，调控膜表面局部pH环境，该作用下硼酸发生瞬间去质子化并产生静电排斥，最终使硼截留率提升至93.8%，处理后渗透液中硼浓度显著低于0.5 mg·L-1。Xu等[42]采用SWC3+和ESPAB商品膜构建双程海水反渗透(Seawater reverse osmosis，SWRO)系统，于青岛胶州湾开展中试研究。该系统在未加阻垢剂的条件下实现长期稳定运行，针对进料液硼浓度为4~6 mg·L-1的海水，处理后渗透液中硼浓度可稳定控制在0.1 mg·L-1以下。在工业应用中，海德能公司针对西班牙某大型海水反渗透厂(日产能140 000 m3)开展了为期三年的运行研究，开发“单级双段混合膜+pH调控”脱硼工艺。该工艺一段采用SW4 MAX高硼截留膜，二段配置SW5 MAX节能膜，进料海水硼浓度为5.03 mg·L-1，系统硼截留率达92%~93%：夏季水温＞20 ℃时，通过投加NaOH将进料pH从8.0提升至8.6，同步投加阻垢剂防结垢，夏季高pH工况下产水硼浓度稳定在0.90~1.08 mg·L-1，冬季无pH调节时为0.65 mg·L-1，满足世界卫生组织饮用水硼含量限值要求。该工艺无需构建双程RO系统，年节省运行成本185万美元，且长期运行无明显膜结垢问题，为大型SWRO厂高效经济脱硼提供了重要工程参考[64]。
表 2、表 3列出了近年来反渗透膜脱硼的相关研究进展及商业反渗透膜的脱硼性能。
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表 2 近年报道的不同反渗透膜的脱硼性能比较 Table 2 Comparison of boron removal performance of different reverse osmosis membranes reported in recent years |
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表 3 不同商业反渗透膜的脱硼性能比较 Table 3 Comparison of boron removal performance of different commercial reverse osmosis membranes |
正渗透技术依托原料液与汲取液间的天然渗透压差驱动水分子传输[43]，无需额外施加高压，理论能耗显著低于反渗透技术，且能有效弥补反渗透脱硼技术对pH依赖性强的短板，为中性条件下的硼去除提供可靠途径，如图 4(b)。Jin等[44]通过系统实验辅以模型模拟验证，明确硼截留与FO膜取向密切相关：当膜的活性层朝向汲取液(Active layer facing draw solution，AL-DS)时，原料侧的硼酸分子可自由扩散进入支撑层，在活性层表面形成浓差极化，驱动更多硼穿透膜孔，导致硼截留率显著低于膜的活性层朝向原料液(Active layer facing feedwater，AL-FW)的模式。现有单层FO膜的硼截留率较低(~70%)，难以满足饮用水标准要求。为此，针对单层FO膜硼截留率偏低的缺陷，Luo等[45]提出“双活性层”策略，通过在支撑层上下表面分别进行界面聚合，构建双层对称聚酰胺结构。该FO膜处理硼浓度为100 mg·L-1的中性进料液时，硼截留率可提升至83.9%，显著优于单层FO膜(AL-FW模式≤65%、AL-DS模式≤24.37%)。
然而，FO技术的工程化应用仍存在问题：一方面，膜内浓差极化会导致有效渗透压梯度衰减，造成膜通量下降；另一方面，稀释后的汲取液需经额外分离处理方可回用[65]。在工艺流程优化方面，Choi等[66]构建了多室硼控制系统，先通过FO技术对含硼废水进行低压浓缩，再利用NF或RO技术再生汲取液，实现硼的高效富集与汲取液的循环回用，为FO脱硼技术提供经济环保的应用路径。
2.3 膜蒸馏膜蒸馏作为一种新兴非等温膜分离技术，依靠进料侧与渗透侧的温度梯度驱动蒸汽穿过疏水微孔膜，实现非挥发性溶质的截留[46](见图 4(c))。该过程通常在常压下运行，能够处理高浓度、多组分复杂体系，且产品纯度高，被视为含硼工业废水深度处理的可行技术路径。
根据渗透侧蒸汽回收方法的不同，现有膜蒸馏工艺主要分为以下四种配置：直接接触膜蒸馏(Direct contact membrane distillation，DCMD)、气隙膜蒸馏(Air-gap membrane distillation，AGMD)、真空膜蒸馏(Vacuum membrane distillation，VMD)和扫掠气膜蒸馏(Sweeping gas membrane distillation，SGMD)[47]。其中，DCMD系统的低温水溶液与膜渗透面直接接触，结构简单，是应用最广泛的配置[48]；SGMD使用冷惰性气体扫出渗透侧蒸汽，通过膜组件外冷凝器收集渗透液，核心优势是通过降低渗透侧水蒸气分压提高传质驱动力[49]；AGMD在膜和组件内部的冷凝表面之间设置停滞气隙，气隙的绝缘作用可减少热量损失与温度极化，但同时会增加传质阻力并降低渗透通量[50]。目前，膜蒸馏相关研究多局限于实验室规模，其有效膜面积远低于工业应用要求[51]。为推进该技术的工业化进程，Salmanli团队[52]搭建了中试规模的真空辅助膜蒸馏(Vacuum assisted air gap membrane distillation，VAGMD)-结晶耦合系统，用于高硼水体中硼的回收处理，进料液先在膜组件内完成蒸发浓缩，水蒸气透过膜后经真空泵泵入冷凝器冷凝，同时，过饱和浓缩液进入结晶器进行成核结晶，实现溶剂与溶质的同步分离和回收。结果表明，该耦合系统连续处理含硼量2 272 mg·L-1的高硼原水36 h后，硼脱除率超过96%、回收率达90%，实现了硼的高效去除与资源化回收。
2.4 吸附-膜分离耦合微滤(Microfiltration，MF)和超滤(Ultrafiltration，UF)通常作为海水淡化的预处理工艺，可高效截留原水中的大颗粒杂质、固体悬浮物、胶体、细菌及大分子有机物等，从而降低后续分离系统的污染负荷、提高整体运行效率。为此，科研人员将吸附功能集成到MF或UF预处理环节，提出吸附-膜分离耦合策略。该耦合技术兼具膜分离的高效性与吸附剂的高选择性，能显著提升水体脱硼效率。
聚合物增强超滤[53]和吸附-膜过滤[54-55]均为将吸附与膜过滤过程集成于单一分离系统的混合技术。其中，聚合物增强超滤技术使用水溶性聚合物络合硼，再利用超滤膜截留这些络合物以实现脱硼，其关键在于合成满足以下特点的聚合物：具有惰性主链结构；含大量顺式羟基，可与硼酸形成稳定螯合；惰性主链上修饰质子受体(如叔胺[75]、醚[76]等)，能通过中和络合反应产生的质子促进反应进行。Tang等[76]制备了两种超支化聚合物——超支化聚缩水甘油醇(Hyperbranched polyglycerol，HPG)和2, 3-二羟丙基超支化聚乙烯亚胺(2, 3-Dihydroxypropyl-hyperbranched polyethylenimine，Diol-HPEI)，并将其应用于硼回收。这两种聚合物的主要结构差异体现在质子受体上：Diol-HPEI上的叔胺基团，质子化能力显著优于HPG链上的乙醚基团，因而展现出远超HPG的脱硼能力。研究表明，在pH=6.9—9.0范围内，使用Diol-HPEI的PEUF系统对硼的截留率可达66%~91%。
吸附-膜过滤技术将硼选择性树脂和膜分离结合，遵循“吸附-膜分离-解吸-再生”过程脱硼，具体步骤如下：悬浮在料液中的树脂对硼进行吸附；通过微滤/超滤技术从料液中分离出吸附饱和的树脂；使用无机酸对饱和树脂进行硼解吸；通过微滤/超滤从无机酸中分离回收树脂；使用矿物碱对树脂进行再生处理；将再生的树脂循环回原料液中重复利用[77]。一般来说，离子交换柱系统所用商业树脂的粒径为300~500 μm[78]，而微滤膜可截留10 μm以上微粒，超滤膜的孔径则更小。因此，有必要设计粒径更小、比表面积更大的硼选择性树脂，以提高吸附效率。Çermikli等[79]合成了平均粒径为40 μm的新型NMDG功能化离子交换树脂——凝胶型树脂(1JW)和可膨胀型凝胶树脂(2JW)，将其应用于AMF工艺处理含硼9.95 mg·L-1的地热水，处理180 min后，2JW的最大除硼率为91.7%，渗透水中硼含量将至0.82 mg·L-1。此外，AMF系统中酸、碱试剂分别用于吸附剂的解吸和再生，因此需选用耐极端pH环境的膜材料，如聚四氟乙烯[80]、聚偏二氟乙烯[81]等。
为克服PEUF和AMF在脱硼应用中的局限性，近年来科研人员在分离膜表面接枝硼选择性基团，设计合成了吸附-过滤功能一体化的硼吸附膜[82-83]。这类吸附膜不仅可以避免PEUP中水溶性聚合物引起的结垢风险，且相比于吸附剂的回收和再利用，吸附膜的再生可行性更高、循环寿命更长。通过选择合适的改性方法，可在不同类型分离膜上灵活接枝硼选择性基团(如3.1节所述对反渗透膜的功能化改性)，使吸附膜在水处理领域具备更强的适用性。目前硼吸附膜的制备主要有两种方法：其一为后功能化法，即先制备分离膜，再对膜表面进行功能化改性。Ke等[82]设计了过硫酸铵与四甲基乙二胺组成的一体化氧化还原引发体系，对商业聚醚砜微滤膜进行原位改性，在膜表面接枝多羟基聚合物(2-葡萄糖酰乙基甲基丙烯酰胺)水凝胶层。测试结果表明，该水凝胶层对2~20 mg·L-1硼溶液的最大吸附量达7.3 mg·g-1。需要注意的是，改性反应中使用的极性非质子溶剂可能导致多数聚合物膜变形甚至溶解，因此需选择耐溶剂材料作为基膜。其二为预功能化，先对聚合物完成功能化修饰，再进行膜的制备。由于改性反应仅作用聚合物，反应试剂不接触膜材料，便于按需定制膜的表面结构与分离性能，工艺灵活度更高。Khan等[84]报道了一种β-CD功能化LDHs掺入的聚酰胺膜(β-CD@TA-LDH膜)，该团队通过β-CD修饰LDHs，为硼吸附提供了更大的有效面积和更多活性位点。与原始LDHs膜(硼截留率(74.0±1.9)%)相比，β-CD@TA-LDH膜的脱硼率提升至(80.2±2.1)%，且透水性更好。
3 优势/局限性分析及实际应用中的改进潜力高效脱硼材料与技术的研究已取得显著进展，但距“高效-低耗-稳定”的工业应用标准仍存在差距。本文系统分析了高性能脱硼材料及技术的主要优势和不足，并结合其实际应用表现，提出潜在改进方向。
3.1 吸附脱硼技术的优势与局限性高性能吸附脱硼材料的开发大幅提升了将水溶液中硼的去除效率。螯合树脂表面富含羟基、氨基及糖类基团，可与硼酸形成稳定络合物，兼具高选择性与高吸附容量；金属氧化物(如氧化镁、氧化铝和层状双氢氧化物)利用表面羟基与硼酸分子络合，在碱性条件下对硼酸根离子也表现出较强吸附能力；此外，多孔材料(如金属有机框架材料和有序介孔二氧化硅)凭借高比表面积与丰富的活性位点，在脱硼领域展现出广阔应用前景。
尽管吸附脱硼技术具有诸多优势，但其实际应用仍面临多重挑战：其一，多数材料的硼选择性受pH窗口限制，在中性介质中吸附效率显著下降；其二，吸附剂再生依赖高浓度酸/碱或高温焙烧，过程中易伴随活性位点流失，导致运行成本居高不下；其三，长期运行条件下，吸附剂易机械磨损或结构溶胀，造成机械强度与吸附效率同步衰减。因此，开发宽pH适用范围、机械性能良好、可低能耗再生的循环稳定型脱硼材料，已成为该领域亟待突破的核心方向。
3.2 膜法脱硼技术的优势与局限性膜分离技术凭借高效性、低能耗和环境友好的特点，已成为水体脱硼领域的研究热点。其中，反渗透技术是当前主流的脱硼技术，通过表面功能化改性(如接枝硼选择性基团、精准调控孔径分布)可显著提升硼截留效率；正渗透技术利用浓差驱动的渗透压，能在低能耗条件下实现硼的预浓缩；膜蒸馏技术则通过热驱动蒸发，实现高浓度硼废水的深度处理。此外，吸附与膜分离技术的耦合体系(如聚合物增强超滤技术)，借助络合-过滤一体化机制，在提高脱硼效率方面展现出良好应用前景。
然而，膜分离法脱硼作为一类新兴脱硼技术，其实际应用仍面临诸多挑战：首先，传统膜材料对硼酸分子的选择性较低，需通过表面改性或设计多级膜系统提高截留效率，导致运行成本增加；其次，膜污染问题(包括有机污染和无机结垢)易引发膜通量衰减，而化学清洗过程会加速膜活性层老化，严重影响膜的长期使用寿命。因此，开发兼具高硼截留率、高通量与耐污染性的下一代膜材料，是实现膜法脱硼规模化工业应用的核心方向。
3.3 实际应用中的改进潜力针对高效脱硼材料及技术的局限性，以下改进方向值得深入研究：(1)材料功能化设计：通过引入多功能基团或开发新型复合材料(如金属有机框架复合膜、石墨烯增强膜)，同步提升材料对硼的选择性和吸附容量，同时增强材料的机械性能与抗污染能力。(2)结构优化与尺度放大：优化材料的孔径分布和比表面积，提高吸附动力学性能；开发适配大规模工业化应用的生产工艺，实现从实验室克级制备到工业吨级生产的技术放大。(3)耦合工艺开发：将吸附、膜分离与其他水处理技术(如电化学法、生物处理)相结合，构建多技术协同体系，降低运行成本并提高系统整体效率。(4)智能化控制：结合传感器和人工智能技术，搭建脱硼系统的实时监测和智能化调控平台，进一步提高运行稳定性和经济性可行性。
4 总结与展望未来，高效脱硼技术的发展将聚焦于以下方面：
(1) 绿色可持续发展：开发低成本、环境友好的天然生物质基新型材料，简化脱硼工艺操作流程，降低技术门槛和运行成本，构建以节能减排为主的工艺体系。
(2) 广谱适应性：设计可在不同pH、温度和盐度条件下高效运行的材料和系统，以满足复杂实际水处理场景的多样化需求。
(3) 工业化应用推进：通过实验室基础研究与工业示范工程的结合，加速新技术的成果转化与规模化推广。
高性能脱硼材料及膜法技术在水处理领域已展现出显著的研究价值与应用潜力。尽管目前仍面临选择性不足、抗污染能力较弱、能耗较高等挑战，但通过分子层面的材料创新与系统层面的过程强化双轮驱动，有望实现其在大规模工业化应用中的突破。未来，绿色化、智能化及多技术协同创新将成为高效脱硼技术的重要发展趋势, 为全球水资源安全与可持续发展提供坚实保障。
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