传统的聚酰胺(PA)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PA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PA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PA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。
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,为水中微量药物的深度去除提供了创新的膜材料方案。该膜在制药废水深度处理和饮用水安全保障领域具有广阔的应用前景。
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