抗生素分子结构调控策略构建高性能抗污染纳滤膜的机理研究

为解决聚酰胺(PA)纳滤膜(NF)渗透性-选择性矛盾及易污染问题，研究人员创新性地采用氨基糖苷类(庆大霉素、链霉素等)和喹诺酮类(环丙沙星)抗生素，通过原位修饰和表面修饰策略构建高性能NF膜。研究表明：氨基糖苷类因多活性位点显著优化膜性能，原位修饰使水通量提升224%，表面修饰实现抗生素/NaCl选择性达162，并赋予优异抗有机/微生物污染性能，为制药废水处理提供新方案。

　　

在可持续水处理技术领域，聚酰胺(PA)纳滤膜(NF)长期面临渗透性-选择性-抗污染性的"三重困境"。传统界面聚合(IP)制备的薄膜复合(TFC)膜存在反应不可控、结构致密等问题，且微生物易在膜表面形成顽固生物膜。更棘手的是，制药废水中抗生素与无机盐的分离需求迫切，但现有NF膜难以兼顾高通量和高选择性。

重庆大学的研究团队在《Journal of Membrane Science》发表创新研究，首次系统探索氨基糖苷类(庆大霉素Gen、链霉素Str等)和喹诺酮类(环丙沙星Cip)抗生素通过原位修饰与表面修饰调控PA-NF膜性能的机理。通过红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)等技术，揭示抗生素分子结构(-NH₂、-OH等)与修饰路径的协同效应。

抗生素筛选与修饰机制
研究发现氨基糖苷类因含多个胺基(-NH₂)和羟基(-OH)，在IP过程中既能延缓哌嗪(PIP)扩散速率，又能与均苯三甲酰氯(TMC)共价交联。这种"分子刹车"效应使PA层厚度降低至18nm，自由体积增大，水通量达72.5L·m^-2·h^-1·bar^-1，较原始膜提升224%。而喹诺酮类因刚性平面结构，更适用于表面接枝修饰。

原位修饰调控
通过原位引入Gen，使IP反应动力学常数降低47%，形成更疏松的PA网络。分子动力学模拟显示，Gen的羟基与TMC羰基形成氢键网络，构建3.2?的规则亚纳米通道，实现99.2% Na₂SO₄截留率。

表面修饰优化
Str表面修饰膜展现162的环丙沙星/NaCl选择性，接触角降至28°，表面zeta电位达-32mV。这种超亲水/强负电特性使牛血清蛋白(BSA)吸附量降低82%，大肠杆菌粘附减少95%。

结论与意义
该研究开创了"抗生素介导"的膜工程策略：原位修饰通过调控IP反应机制优化本体结构，表面修饰通过功能化接枝增强表面特性。双路径协同解决了制药废水处理中抗生素回收与脱盐的矛盾，Gen修饰膜对阿米卡星的截留率达98.6%，NaCl透过率91.2%。研究为设计抗生物污染膜材料提供新思路，推动可持续水处理技术发展。