光催化纳滤膜在连续动态过程中对污水厂出水抗生素的同步去除
2023-01-13
摘要：活化后的PNF膜在连续动态去除污水厂出水抗生素的过程中，其双功能层展示出了良好的协同效应。本研究将为进一步提高PNF膜在实际微污染水净化场景中的实用性提供有益的见解
在连续动态过程中同步去除了污水厂出水中的抗生素。
膜面自清洗和环境风险消减性能也得以实现。
为提高光催化纳滤膜的实用性提供有益的见解。
水污染和淡水资源短缺是制约我国社会经济可持续发展的重大环境和民生问题，而膜分离技术是解决该问题的有效途径之一。纳滤膜是一种高效环保的热点技术手段，尤其在新污染物去除方面具有良好的应用前景。然而，膜污染、渗透/选择性难以同步提高以及无法实现对毒性污染物的消除仍是阻碍其广泛应用于城市再生水利用领域的关键技术瓶颈。集化学降解和亚纳米级物理分离于一体的双功能光催化纳滤（PNF）膜，在成功应对这些挑战的同时，却也存在实用性和有效性尚不完善的困扰亟待解决。
这主要体现在：一方面，已报道的PNF膜性能测试通常仅涉及非原位或静态工艺耦合，即催化降解和膜分离的实施并没有在光和压力驱动同步发生的条件下进行。另一方面，当去除目标污染物时，光催化需要有效的反应时间（约15-120 min），而膜分离却在短接触时间内瞬时完成，这对实现PNF膜的低能耗运行带来了不容忽视的干扰。总之，它们均对性能评价仪的设计和操作模式提出了新挑战。此外，大多数研究仅涉及模拟进水或简单的背景介质，忽视了实际微污染水环境中待分离阶段的溶质-溶质交互作用及其影响效应。最后，为了确保净化水的水质安全，还需进行生物毒性测试，以评估相关的健康风险削减效果。
图1 PNF膜连续流动过程中同步去除污水厂出水中抗生素示意图
图2 NF-QCDs和PNF-4膜的ATR-FTIR（a）、XPS（b）、接触角（c）、表断面FE-SEM（d,e）和AFM（f）图像（dl，el，fl：NF-QCDs；d2，e2，f2：PNF-4）
图3 PNF-4膜在光照下对模拟（a）和真实（b）进水中目标抗生素的去除性能
图5 双功能PNF膜催化过程中SMX和TMP的降解中间体
综上所述，活化后的PNF膜在连续动态去除污水厂出水抗生素的过程中，其双功能层展示出了良好的协同效应。同时，显著的自清洗和生物毒性消减性能也得以实现。本研究将为进一步提高PNF膜在实际微污染水净化场景中的实用性提供有益的见解。
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蒋凯，教授，博士生导师，环境功能材料方向带头人，教育部创新团队带头人，河南省科技创新杰出人才，河南省学术技术带头人，中原千人计划基础研究领军人才。主要研究方向为催化和膜分离环境功能材料的设计、合成及应用研究。主持国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点和面上项目5项；发表学术论文200余篇，SCI他引5000余次。主持获得2019年河南省自然科学奖二等奖，授权国家发明专利20余件。
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