通过逐层组装技术制备一种表面交互性膜，并将其应用于从水中去除非甾体抗炎药物

《Surfaces and Interfaces》：Development of a Surface Interactive Membrane via Layer-by-Layer assembly and its application towards the removal of Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs from water

NSAIDs高效去除及多价电解质修饰微滤膜研究

　　本研究探讨了通过使用分层沉积技术（Layer-by-Layer, LbL）对商业聚酰胺微滤膜进行改性，以提高其在去除水中非甾体抗炎药（NSAIDs）方面的性能。随着微污染物在水体中的日益增多，开发高效的分离表面成为复合膜在原位水处理中的关键。NSAIDs作为一类广泛存在于环境中的药物，因其持久性、难降解性和潜在的毒性，对生态系统和人类健康构成了威胁。因此，研究如何有效去除这些污染物具有重要的现实意义。

在本研究中，采用了LbL技术对微滤膜进行表面改性。该技术通过交替沉积带正电荷的聚电解质（如壳聚糖，CHI）和带负电荷的聚电解质（如聚 acrylic 酸，PAA）来构建多层结构。同时，为了增强膜的性能，还使用了聚苯乙烯磺酸钠（PSS）作为封端材料。通过这种方法，研究者成功制备了具有不同层数的改性膜，并评估了其对多种NSAIDs的去除能力。选择的NSAIDs包括双氯芬酸（DCF）、美芬酸（MFA）、布洛芬（IBU）、萘普生（NPN）和布芬酸（BXC），这些药物在全球范围内都被发现存在于水体中。

实验结果显示，当使用1.5层CHI和PAA时，膜对DCF和MFA的去除率接近100%。而对于NPN和BXC，使用3层CHI和PAA的膜可以实现67%和54%的去除率。这表明，随着沉积层数的增加，膜的去除性能得到了显著提升。此外，研究还发现，某些环境成分如腐殖酸（HA）、十二烷基硫酸钠（SDS）和无机离子会对NSAID的去除产生影响。这些成分在不同的NSAID去除过程中表现出不同的作用，其中对BXC、MFA、DCF、NPN和IBU的影响尤为显著。

研究进一步探讨了膜表面改性后在合成废水中的应用效果。结果显示，改性膜在去除NSAIDs方面表现出良好的性能，尤其是在去除MFA方面接近完全。这表明，这种改性膜不仅适用于实验室条件下的纯净水处理，也适用于实际的废水处理场景。同时，研究还指出，使用低压力驱动的膜分离技术在提升处理效率和降低能耗方面具有优势，这使得该技术在实际应用中更具可行性。

在实验设计中，研究者还考虑了pH值对膜性能的影响。通过分析不同pH条件下的去除效率，发现膜在中性（pH 7）和碱性（pH 9）条件下均表现出较高的去除能力，而酸性条件下的去除效果较差。这一发现对于实际应用中的操作条件选择具有指导意义，因为许多水体的pH值并不稳定，选择适合的pH范围可以优化膜的性能。

此外，研究者还利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析技术验证了LbL沉积过程的有效性。通过观察膜表面的官能团变化，特别是PAA中的羧酸基团在1716 cm?1处的伸缩振动频率，确认了多层结构的形成。随着沉积层数的增加，该峰的强度也相应增强，这表明膜表面的改性程度与沉积层数成正比。

研究团队还强调了在科学研究过程中使用生成式人工智能（如ChatGPT）的辅助作用。虽然AI工具在语言润色和内容优化方面提供了帮助，但研究者仍然对内容进行了严格的审查和编辑，确保所有结论和数据的准确性和可靠性。这种结合现代技术与传统科研方法的方式，不仅提高了研究的效率，也保证了学术质量。

在作者贡献方面，研究团队成员各自承担了不同的职责。Amrutha Asokan主要负责实验分析、数据整理和初稿撰写；Mary Lidiya Mathew则参与了概念设计、方法制定和资源调配；K.S Ambili负责数据整理和内容的审查与编辑；Akhil Nazim参与了数据可视化和软件处理；而Usha K. Aravind和C.T. Aravindakumar则负责整体实验设计、监督和最终内容的审阅。这种分工合作的方式有助于确保研究的全面性和科学性。

研究的成果表明，通过LbL技术改性的微滤膜在去除NSAIDs方面具有显著优势。这种改性方法不仅提升了膜的分离性能，还增强了其对不同污染物的适应能力。同时，该技术的应用也展示了在环境治理领域中，通过表面工程手段提高膜性能的潜力。未来，进一步的研究可以探索如何优化沉积层数、选择更合适的改性材料以及提升膜的稳定性，以实现更高效的水处理效果。

研究的背景也强调了新兴污染物（ECs）在环境中的广泛存在及其潜在的生态风险。随着检测技术的进步，越来越多的ECs被发现存在于水体中，尤其是制药工业、农业活动和家庭废水等来源。这些污染物不仅难以通过传统方法去除，还可能对水生生物和生态系统造成长期影响。因此，开发高效的去除技术成为环境科学领域的重要课题。

NSAIDs作为一类常见的药物，其在水体中的存在引起了广泛关注。由于这些药物的广泛使用和难以降解的特性，它们在环境中容易积累，对生物体产生毒性作用。例如，DCF已被发现可以在鱼类体内富集，而IBU则因其在水体中的持久性和较高的毒性，对水生生物产生亚致死性影响。此外，MFA可能干扰内分泌系统，影响生物的繁殖能力；NPN及其光产物则对藻类、轮虫和甲壳类生物表现出慢性毒性，且其光产物比母体化合物更具毒性。这些发现进一步突显了去除NSAIDs的重要性，尤其是在水资源日益紧张的背景下。

为了评估膜的性能，研究者在实验室条件下对NSAIDs进行了实验，并将结果扩展到合成废水的处理中。这种实验设计不仅有助于验证膜的去除能力，也为实际应用提供了依据。此外，研究还考虑了共存离子、表面活性剂和腐殖酸等因素对膜性能的影响，这有助于理解在复杂水体条件下膜的去除效率。

综上所述，本研究通过LbL技术对商业聚酰胺微滤膜进行了有效的改性，显著提高了其在去除NSAIDs方面的性能。这一成果为环境治理提供了新的思路和技术手段，特别是在处理微污染物方面。未来，随着对新兴污染物研究的深入，类似的表面改性技术有望在更广泛的环境治理应用中发挥作用。