POM混合固定TFN膜的声学冲击行为：吸附、原位化学处理以及从纺织废水中去除微生物污染物

《Surfaces and Interfaces》：Shock acoustic behavior of POM hybrid-immobilized TFN membranes: adsorption, in situ chemical treatment, and microbial contaminant removal from textile wastewater

冲击声波合成有机-无机杂化材料SPMCDs用于纺织废水处理，结合β-CD和过渡金属掺杂聚阴离子杂多酸，光催化降解甲基橙和硝基呋喃酮效率达90%以上，膜分离水通量7.1 LMH，并具有抗菌和抗肿瘤活性。

　　

Bharath Samannan|Taeyoung Kim

韩国光州东区朝鲜大学环境工程系，邮编061452。

摘要

本研究提出了一种利用冲击声学技术合成有机-无机杂化材料（称为SPMCDs）的新方法。这些材料在水环境中结合了β-环糊精（β-CD）和过渡金属（Mn、V）掺杂的多金属氧酸盐（Keggin型阴离子）。所得到的SPMCDs通过界面聚合被引入到薄膜复合（TFC）膜中。SPMCDs在去除纺织废水中的化学和生物污染物方面表现出卓越的效果。在可见光照射（100 W）下，它们在水溶液中实现了90.2%的偶氮染料（甲基橙）降解率和86.4%的抗生素（硝基呋喃唑酮）降解率，这凸显了它们在处理纺织工业常见有机污染物方面的潜力。使用SPMCDs制造的TFC膜在一小时内表现出7.1 L m^-2 h^-1的增强水通量，并保持了90%的淡水回收效率。此外，SPMCDs还显示出阳离子封装和释放能力，通过圆盘扩散法证实它们能有效消除如环丙沙星等抗生素。总体而言，SPMCDs的多功能特性，包括光化学活性、污染物吸附和抗菌效果，使其成为可持续废水处理和环境修复的有希望的候选材料。

引言

在当今时代，传统的吸附和浓缩分离技术以及光催化剂具有多种优势，包括操作简便、可控的操作条件、高氧化效率以及减少污染[[1], [2], [3], [4]]。尽管聚合物膜存在污染、通量降低和排斥率较低等局限性，但人们一直在努力克服这些挑战。研究人员正在积极开发更先进的材料[5]。结合两种或更多种聚合物、纳米颗粒或光催化剂可以创造出具有定制特性的材料[6,7]。含有β-环糊精和多金属氧酸盐（POM）（H₃PMo₁₂O₄₀）的杂化光催化剂已被证明在处理有机污染物方面有效，这是通过光催化降解废水来实现的[8]。

通过冲击波脉冲合成的杂化POMs已被报道用于废水膜分离和电化学过程。与传统的水热方法相比，这些材料表现出更好的性能[9,10]。Xing等人（2023年）通过一种简单且环保的自组装方法开发了ZnO@PDA/Cu-POMs复合材料，其中PDA作为交联剂[11]。这类材料在催化[5]、医学[12]、FO膜[13]以及具有新颖结构和功能的杂化框架[14]中得到了广泛应用。多糖，特别是具有大空腔的宏环，作为杂化组装的坚固构建块，能够实现客体-宿主分子相互作用[6,15,16]。Liu等人证明，在水介质中合成的杂化POM-环糊精（POM-CDs）结构由于空腔效应而表现出增强的催化活性[17]。然而，长时间在水处理中使用此类膜可能会带来潜在的健康风险，包括增加患肺癌的风险[[18], [19], [20]]。声波可以在不进行任何物理接触的情况下精确地操控微观/纳米级别的材料。这种方法为杂化材料的制备提供了一种清洁且可扩展的方法，不同于传统的化学和热处理方法[21]。

本研究介绍了一种新的方法——冲击声学合成，用于增强宿主-客体杂化材料（称为SPMCDs）。这种方法与传统化学或水热路线有显著不同，它在可扩展性、环保操作和应用范围方面具有潜在优势[10]。这些组分的协同作用引发了独特的形态变化，从而增强了其环境和生物医学潜力。通过整合多糖和POMs制成的SPMCD杂化材料为膜分离过程开辟了新的机会，并使用MTT测定法评估了其细胞毒性、抗菌性等生物毒性。

材料与方法

所有使用的化学品均为分析级，按接收时的状态使用。聚砜（PSf）珠子和N-甲基-2-吡咯烷酮用于制备支撑层。聚乙烯吡咯烷酮和氯化锂作为PSf浇铸溶液的添加剂。活性层使用十二烷基硫酸钠制备。此外，还使用了1,3,5-苯三羰基三氯化物（TMC，98%，东京化学工业株式会社，东京，日本）和m-苯二胺进行制备。

SPMCD的表征

对SPM、SPMCD-1和SPMCD-2杂化材料进行了FT-IR分析，图1展示了最大强度的光谱。光谱显示了与功能团及其潜在配位结合相关的特征峰。对于SPM杂化材料，观察到了四个关键峰：867和781 cm^-1对应于M-O_b intra/inter，960 cm^-1表示M-O_t，1062 cm^-1对应于P-O_a。1631 cm^-1

结论

本研究通过结合β-CD和SPM成功合成了一种新型杂化材料。使用Mo和NFZ（纺织工业中常见的有机污染物）评估了该杂化材料的催化性能和抗癌潜力。结果表明，该杂化材料在分离过程中提高了水通量，并在光照下表现出强烈的光催化活性。降解效率和分离性能的提高归因于...

声明

资助

本文没有获得任何资助。

利益冲突

所有作者均无利益冲突。

作者声明

Bharath Samannan参与了研究、方法论设计、软件开发、验证以及初稿撰写；Taeyoung Kim参与了审稿和编辑工作以及监督。

CRediT作者贡献声明

Bharath Samannan: 负责审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、验证、方法论设计、数据整理、概念构建。Taeyoung Kim: 负责审稿与编辑、可视化处理和验证。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢台湾教育部门以及台湾高雄科技大学的安全、健康与环境工程系的支持。作者还感谢农业科学技术发展合作研究计划（项目编号PJ0162592025）和韩国国家研究基金会（NRF）资助的基础科学研究计划的支持。