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挥发性有机化合物（VOCs）污染防治严峻，生物滴滤塔（BTFs）中填料影响其去除效果。研究人员开发 PDA 和 CPAM 改性的结构化聚丙烯填料，结果显示可缩短启动期、提升甲苯去除能力。该研究为 BTFs 应用提供新方向。
在空气污染的大舞台上，挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）可谓是臭名昭著的 “反派角色”。它作为 PM2.5 和臭氧的重要前体物，严重阻碍着空气污染防治工作的推进，给人们的健康和生活环境带来了极大挑战。而生物滴滤塔（Biotrickling Filters，BTFs）则像是对抗 VOCs 的 “秘密武器”，众多研究已证实其在去除 VOCs 方面的有效性。不过，BTFs 里有个关键 “配角”—— 填料，它的性能直接影响着 BTFs 的 “战斗力”。
传统的 BTFs 大多采用多孔块状填料，虽然这些填料各有特点，但也存在不少问题。后来，整体式填料进入人们的视野，它有着平行窄通道，能让微生物更好地附着，而且在气液相传质等方面表现出色。聚丙烯（Polypropylene，PP）因密度和强度优势，常被用于空气净化。然而，PP 填料表面疏水，生物相容性差，这使得它在 BTFs 中的应用大打折扣，启动速度慢、污染物处理效果不佳等问题接踵而至。
为了让 PP 填料在 BTFs 中 “大显身手”，来自未知研究机构的研究人员开展了一项别具意义的研究。他们通过用聚多巴胺（Polydopamine，PDA）和阳离子聚丙烯酰胺（Cationic Polyacrylamide，CPAM）对结构化聚丙烯填料进行表面改性，试图打破 PP 填料的应用困境。研究成果发表在《Bioresource Technology》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员采用了多种技术方法。在制备方面，通过特定的步骤制备了 PDA 改性填料，利用超声分散、混合溶液以及添加氧化剂引发聚合反应等操作完成。同时，对改性前后的填料进行了表征分析，借助观察表面形态等方式研究填料的特性变化。在评估降解性能时，通过长期运行生物滴滤塔来监测甲苯去除效果，还分析了生物膜特性和微生物群落结构。
下面来看看具体的研究结果。
改性填料的制备：制备 PDA 改性填料时，先将纳米 SiO?超声分散在特定的 Tris - HCl 溶液中形成 0.5% 的悬浮液，再与等体积的 2% PVA 溶液和 2g?L?1 多巴胺盐酸盐混合，添加过硫酸铵（AP）引发聚合反应，随后让预处理过的聚丙烯填料在 30°C、120rpm 的条件下反应 6 小时，最后清洗、干燥并储存。
改性填料材料的特性：对比改性前后的填料表面形态，未改性的填料表面平整光滑，而 PDA 改性填料由于 PDA 涂层和纳米 SiO?的加入，表面粗糙度增加；CPAM 改性填料表面则因 SiO? - 硅烷偶联剂相互作用出现额外的沉积层。并且，两种改性填料的比表面积都显著增加。
生物滴滤塔的性能：研究发现，CPAM 改性填料的生物滴滤塔启动期比 PDA 改性填料的更短。在进气甲苯负荷率为 97.26g?m?3?h?1、空床停留时间（Empty Bed Residence Time，EBRT）为 33s 时，填充 PDA 和 CPAM 改性填料的生物滴滤塔最大去除能力分别为 75.52g?m?3?h?1 和 78.62g?m?3?h?1 。
生物膜和微生物群落分析：在运行初期，CPAM 改性填料生物膜表现出更高的粘附强度和胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substance，EPS）含量。而且，涂层差异影响了填料表面的微生物群落结构。CPAM 改性填料在启动阶段通过富集甲苯降解菌、上调关键分解代谢基因，展现出更优越的性能。
综合来看，这项研究意义重大。通过 PDA 和 CPAM 对聚丙烯结构化填料进行涂层处理，降低了细菌与填料表面之间的能垒，促进了细菌不可逆粘附。启动阶段，PDA 改性生物滴滤塔的平均去除能力为 26.31g?m?3?h?1，CPAM 改性生物滴滤塔为 45.07g?m?3?h?1 ，CPAM 改性填料在微生物生长、活性和微生物粘附强度等方面表现更优。该研究为解决生物滴滤塔中聚丙烯填料生物相容性差的问题提供了有效的方法，为 BTFs 在 VOCs 去除领域的广泛应用奠定了更坚实的基础，有望推动相关环保技术的进一步发展。
