废水中抗生素和抗生素抗性基因(ARGs)的同步去除,是防止耐药性扩散的双重保障。常规超滤能截留部分附着ARGs的细菌,但对溶解态的抗生素和游离DNA片段截留效果有限。电化学氧化能降解抗生素并破坏DNA,但能耗较高。CFMS系统将这两个过程集成:采用高导电性的碳纳米管/聚偏氟乙烯复合超滤膜作为阴极,在过滤的同时施加负电位。当废水流过膜表面时,水中微量抗生素(如磺胺甲噁唑)和游离的ARGs片段与膜电极充分接触。在阴极电场作用下,膜表面产生H₂O₂和活性氧物种(如·OH),高效降解抗生素分子。同时,带负电的DNA(ARGs)片段在电场力作用下被排斥推离膜面,增加了其在反应区的停留时间,受到更强的氧化攻击而断裂失活。
实验结果表明,在最优电位(-1.0V vs. Ag/AgCl)和通量下,CFMS对SMX的去除率达98%以上,对水中游离ARGs(如sul1基因)的丰度削减了3.5个数量级,性能远优于单独膜过滤(物理截留贡献<1个数量级)和单独电化学(传质受限)的简单加和。该研究为解决水中复合抗生素耐药性风险提供了一体化、高效能的新技术方案。
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