浓缩液体流（如果汁）是通过减少体积、运输成本和包装来提高其经济价值和保质期的关键过程（Nijmeijer等人，2022年）。同时，全球趋势和消费者意识的提高增加了对能够保持与新鲜水果相似的植物化学成分和营养价值的轻度加工健康食品的需求（Vani等人，2021年；Wenten等人，2021年）。在这方面，由于其富含维生素、矿物质、抗氧化剂和热敏化合物（如β-胡萝卜素）（Guiamba等人，2016年；Mousanejadi等人，2023年），芒果汁是一种有价值但加工难度较大的产品。
尽管传统浓缩方法（尤其是热蒸发法）在工业上有广泛的应用，但它们存在显著缺点。即使在真空条件下，产品暴露在高温下也会导致热敏化合物（如维生素、花青素和酚类化合物）的热降解（Takallu等人，2022年；王等人，2025年）。研究表明，这种方法可以去除高达89%的有价值的酚类化合物（Punzalan & Padilla-Zakour，2025年）。此外，不希望发生的化学反应（如美拉德反应和氧化）会导致天然颜色和风味的丧失，并在最终产品中产生煮熟的味道（Ma等人，2024年；Tavares等人，2022年）。这些过程由于能耗高，在经济和环境上均不可持续（Akhtar等人，2021年；Rigi等人，2025年）。
非热膜技术作为热处理的替代方案应运而生。然而，压力驱动的方法（如反渗透（RO）和纳滤（NF）也有其局限性。这些过程中的高压会加剧膜污染，并由于进料液的渗透压增加而限制了达到高浓度（通常最高为30°Brix）的能力（Bidaki等人，2023年；Rastogi，2018年）。因此，这些方法通常仅用作预浓缩步骤（王H等人，2022年）。
其中，正向渗透（FO）是一种新兴且有前景的膜技术，它利用自然的渗透压差作为水分转移的动力（Julian等人，2025年）。该过程在常温常压下进行，因此对敏感产品的物理化学性质、抗氧化活性和颜色影响很小（Bal等人，2024年；Rigi等人，2025年）。在低压下操作还能显著降低膜污染倾向并提高其可逆性，使其成为处理复杂食品液体（如果汁）的理想选择（Bidaki等人，2023年；Chu等人，2022年）。
尽管具有这些优势，FO在工业上的广泛应用仍面临若干技术挑战，这些挑战限制了其性能。特别是膜多孔支撑层中的浓度极化现象（ICP）严重降低了有效的渗透驱动力，导致水通量下降（Julian等人，2025年；Ma等人，2024年）。另一个挑战是从渗透液到进料液的反向盐分流动，这不仅降低了渗透压，还影响了最终产品的质量（Sarbatly等人，2023年；Wenten等人，2021年）。这些因素，加上相对于压力驱动方法较低的通量，是该技术商业化的主要障碍（Rastogi，2018年；王等人，2025年）。
为了解决这些问题，膜结构优化主要集中在改进薄膜复合（TFC）膜上，这种膜具有由多孔基底支撑的非常薄的选择性层，以增加水通量并减少内部浓度极化（CP）（Khan等人，2019年；Suwaileh等人，2022年；Wan Chik等人，2025年）。还探索了引入金属有机框架（MOFs）等先进材料来提高选择性、渗透性和抗污染性能（Wan Chik等人，2025年）。从工艺角度来看，提出了热响应性渗透液和集成回收方法来减少反向盐分流动并提高渗透液的回收率。回收方法包括热再生、膜过滤、磁分离、逐步冷冻和pH调节（Khan等人，2019年；Reddy等人，2024年）。利用外部力量（如电场或磁场、超声波和流速）辅助的FO系统在减少污染、CP和反向盐分流动方面显示出潜力（Song等人，2022年）。
为了克服这些限制，大量研究集中在设计和制备新型高性能膜上。使用先进纳米材料对膜进行改性是一种有效策略，可以同时提高亲水性、渗透性和抗污染性能（Julian等人，2025年）。在这方面，MXenes作为一种新型的二维材料家族，因其独特的性质而受到广泛关注。MXenes是通过选择性去除MAX相前驱体中的“A”层合成的，具有高度亲水的表面（由于存在大量的官能团，如-OH、-O和-F）、高机械强度和可调的层状结构（Delgado等人，2024年；Li等人，2023年）。这些特性为制造具有高水通量和优异抗污染性能的膜提供了巨大潜力（Du等人，2025年；Zhou等人，2021年）。
然而，大多数研究集中在基于钛的MXenes（Ti?C?T?）上，对其他类型MXenes的研究较少（Qureshi等人，2024年）。基于钼的MXenes（Mo-MXenes）由于其化学组成、电导率和潜在的更好化学稳定性而成为新型应用的理想候选材料（Qureshi等人，2024年）。这些纳米材料的固有亲水性和层状结构可以在聚合物基质中创建快速的水通道，同时增加膜对果汁中有机成分的抵抗能力。
与其他潜在的二维纳米填料（如氧化石墨烯和MoS?）相比，Mo-MXene在FO膜中表现更佳。由于其表面含有大量官能团，Mo-MXene表现出高亲水性并支持快速的水流。然而，长时间暴露在过量的水中可能会影响其在水环境中的结构稳定性（Solangi等人，2023年）。类似地，氧化石墨烯（GO）基于许多官能团（如羧基、羟基和环氧基）而具有亲水性，这允许水容易渗透，但最终可能导致膜分解（Jang等人，2021年；Qu等人，2021年；Yu等人，2020年）。相比之下，MoS?由于其疏水基底和平面和亲水边缘而表现出较低的亲水性。这种独特的组合可以在亲水性和疏水性特性之间达到良好的平衡，从而控制水的流动（Levita等人，2016年；Song等人，2022年）。
从传输的角度来看，通过表面功能化可以调节Mo-MXene的层间距，为水提供最佳路径（Solangi等人，2023年）。GO膜的层间距可调节，取决于氧化程度和官能团的数量。这种层间距有助于实现选择性的筛分性能以及高水渗透性（Rajasekaran & Ayappa，2019年；Yu等人，2020年）。同时，含有MoS?的膜由于纳米孔中的快速水传输而表现出高水通量，亲水边缘和疏水基底表面之间的对比调节了层间流动（Song等人，Yan等人，2022年）。
表面化学在提高具有抗污染性能的纳米材料的性能方面起着重要作用。Mo-MXene具有可修饰的表面官能团，这为修改材料的界面性质以增强其与聚合物的相容性提供了基础（Solangi等人，2023年）。GO中的大量含氧基团赋予其亲水性，但它们也可能与污染物相互作用，从而限制其长期的抗污染潜力（Alam等人，2018年；Qu等人，2021年）。虽然MoS?本身的功能较少且表面修饰能力较弱，但其固有的抗污染性能更好：例如，对天然有机物和细菌的吸附较低（Alam等人，2018年；Long等人，2020年）。
总体而言，尽管所有三种纳米填料都增强了FO膜的水传输性能，但Mo-MXene是唯一一种结合了高度亲水性、可调的层间通道和化学可修饰表面特性的材料，从而优化了水渗透性和抗污染性能（Solangi等人，2023年）。
在这项研究中，设计、制备并表征了一种基于醋酸丁酸纤维素（CAB）聚合物和钼基MXene纳米片（Mo-MXene）的新型纳米复合膜，用于通过FO浓缩芒果汁。选择CAB聚合物作为聚合物基质，是因为其在亲水性和化学稳定性之间具有理想的平衡（Rigi等人，2025年）。本研究的主要目的是探讨添加Mo-MXene纳米片对制备膜的结构和功能性能的影响，包括水通量、盐分排斥率和抗污染性能。这种新型膜有望克服FO过程的一些关键限制，为该绿色技术在食品工业中的更高效应用铺平道路。
