二茂铁功能化超滤膜：自然有机物分离与小分子染料催化降解的集成策略

为解决水污染治理中铁泥生成、反应速率慢等传统Fenton技术瓶颈，研究人员通过UV光聚合法开发了二茂铁(Fc)基催化超滤膜(M2)，实现了自然有机物(HA)的高效截留与甲基橙(MO)的快速降解(>99.9%/90s)，其自清洁性能(FRR 94.1%)和循环稳定性为废水处理提供了新思路。

　　

全球水资源危机日益严峻，染料等有机污染物因其毒性和难降解特性成为治理难点。传统Fenton技术虽广泛应用，但存在铁泥堆积、pH依赖性强等缺陷。如何实现污染物的高效同步去除，同时避免膜污染导致的催化活性下降，成为环境工程领域的重大挑战。

针对这一难题，国内研究团队创新性地将金属π络合物二茂铁(Ferrocene, Fc)与膜分离技术结合，通过紫外光引发聚合在聚丙烯腈(PAN)超滤膜表面构建了Fc-聚乙二醇(PEG)双功能层。该研究发表于《Green Energy》，为解决自然有机物(NOM)共存条件下小分子染料的协同去除提供了突破性方案。

研究采用三大关键技术：1) 通过酯化反应合成光聚合单体FcMA；2) UV光聚合法将FcMA与PEG 480接枝至商业PAN膜；3) 结合电子顺磁共振(EPR)和液相色谱-质谱(LC-MS)解析活性氧物种(ROS)作用机制。

3.1 材料制备与表征
通过FTIR和¹H NMR证实FcMA成功合成。EDX mapping显示Fe元素在M2膜表面均匀分布，XPS检测到0.94%的Fe含量。热重分析表明改性膜在800℃下残炭率显著提高，交联结构增强热稳定性。

3.2 膜性能调控
PEG改性使M1接触角降至51.8°，而纯Fc改性的M3增至101.8°。M2通过Fc-PEG协同将接触角平衡至83.2°，纯水通量保持102.5 LMH。SEM显示PEG会堵塞膜孔，但Fc主要缩小孔径而非完全阻塞。

3.3 催化效能突破
在pH=3、50 mM H₂O₂和0.75 g/L VC条件下，M2实现MO的90秒完全降解。EPR证实VC促使·OH转化为·O₂^-和¹O₂，后者贡献率达80%以上。LC-MS显示MO的偶氮键和酰胺键被逐步氧化为小分子产物。

3.4 协同处理优势
在HA共存体系中，M2同步实现HA截留率>99%和MO降解率>99.9%。五轮循环后性能未衰减，且Fenton清洗的FRR(94.1%)优于NaClO清洗(83.6%)，证实其自清洁潜力。

该研究开创性地将Fc催化中心与膜分离功能集成，突破传统技术对pH和铁泥问题的限制。M2膜在NOM存在下仍保持高效催化活性，其<90秒的快速降解能力较同类膜提升10倍以上。这种"截留-降解"双功能设计为复杂组分废水处理提供新范式，尤其适用于含腐殖酸的工业废水深度净化。未来通过优化Fc负载量和膜孔结构，有望进一步推动催化膜技术的实际应用。