重金属诱导天然有机物特性转化及其与膜表面相互作用的积极效应研究

本综述系统探讨了重金属（HMs）与天然有机物（NOM）的络合模式及其对超滤（UF）膜的作用机制。研究发现HMs通过改变NOM的偶极矩和给电子能力影响其亲水性及界面过滤性能，静电络合与桥接作用促进重金属保留与NOM去除。扩展DLVO理论揭示HMs通过提高界面能垒促进松散污染层形成，有效缓解不可逆污染，为膜法处理重金属污染水体提供新理论依据。

　　

研究亮点

通过分子模拟和光谱分析揭示重金属（HMs）与天然有机物（NOM）的络合模式及其对膜过滤性能的调控机制。发现HMs通过改变NOM的偶极矩和电子传递能力，显著影响其亲水性及界面行为，为膜法水处理技术提供新视角。

化学品与水样

选择腐殖酸（HA）、牛血清白蛋白（BSA）和海藻酸钠（SA）作为天然水体中典型污染物的模型化合物。使用Pb(NO₃)₂、Cr(NO₃)₃·9H₂O和Cd(NO₃)₂·4H₂O制备含Pb²⁺、Cr³⁺和Cd²⁺的测试溶液，以CaCl₂和MgCl₂作为背景电解质对照。

重金属存在时的通量变化与污染物去除

如图1a-c所示，当单独过滤BSA、HA和SA时，最终标准化通量（NIF）分别降至0.51、0.62和0.16。其中SA引起的膜污染最严重，这归因于其与聚醚砜（PES）膜的强亲和力以及SA-SA、SA-膜相互作用导致的致密污染层形成。引入重金属后，BSA-HMs体系通量提升最显著（NIF>0.8），而SA-HMs体系改善幅度最小。

结论

本研究证实重金属（HMs）通过改变碳水化合物类NOM组分（如SA和HA）的分子偶极矩和电荷分布，显著增强界面排斥作用（EL和AB力），促进松散污染层形成并减轻不可逆污染。对于蛋白质共污染体系，膜通量改善主要源于蛋白质二级结构紊乱而非界面相互作用。松花江水体的过滤实验进一步验证了该研究在膜法处理重金属污染水体方面的探索价值。