纳滤膜能有效去除水中的微量有机药物,但传统的聚酰胺纳滤膜存在渗透性与选择性之间的“跷跷板”效应,且易受膜污染困扰,对药物的去除主要依靠物理截留。将具有光催化活性的二维纳米填料掺入聚酰胺选择层,是制备兼具高通量、高选择性、抗污染和催化降解功能的多功能纳滤膜的前沿策略。硫掺杂石墨相氮化碳(S-CN)是一种可见光响应的非金属光催化剂。硫掺杂优化了g-C₃N₄的电子结构,增强了其可见光吸收和电荷分离效率。
本研究将S-CN纳米片均匀分散在水相单体间苯二胺溶液中,通过界面聚合法将其原位包裹在聚酰胺膜的选择层内。S-CN纳米片作为亲水的纳米通道,促进了水分子透过,同时通过影响界面聚合过程,调控了聚酰胺层的交联度和厚度,使其在保持对药物高截留率的同时,水通量提升了近一倍。更为重要的是,在可见光照射下,PA/S-CN纳滤膜展现出了双重光驱动功能。其一,光催化自清洁抗污染功能。在处理含有牛血清蛋白等有机污染物的废水时,可见光照射下的膜通量衰减速率远低于黑暗中,且通量恢复率极高,这归因于S-CN在光照下产生的活性氧物种原位降解了附着在膜面的有机污染物。
其二,光催化降解穿透药物的功能。在动态过滤低浓度药物(如卡马西平)溶液时,可见光照射下药物的去除率(>98%)显著高于单独膜截留的去除率(约60%),表明被膜截留和穿透的药物分子在膜内被光催化降解。该研究成功构建了集高效分离、光催化降解和自清洁抗污染功能于一体的新一代纳滤膜。
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