聚多巴胺化学键合构建BiVO4/g-C3N4功能化PVDF光催化膜实现强力霉素连续动态高效去除

针对水体中抗生素污染去除难题，研究人员通过聚多巴胺（PDA）介导的席夫碱反应，将BiVO4/g-C3N4异质结稳定锚定于PVDF膜表面，构建兼具光催化降解与过滤功能的双功能膜。该膜在4小时内实现强力霉素（DC）95%降解率，渗透液对费氏弧菌抑制率降至26%，为实际水处理提供高效低毒解决方案。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的严峻挑战。传统污水处理厂对低分子量生物难降解抗生素（如强力霉素DC）的去除效率有限，而常规膜分离技术仅能实现污染物截留，无法彻底降解毒性物质，且存在膜污染和能耗高的瓶颈。如何通过技术创新实现污染物的同步降解与分离，成为环境工程领域的研究热点。

针对这一难题，中国某研究团队在《Journal of Membrane Science》发表研究，提出了一种革命性的解决方案：通过聚多巴胺（PDA）的化学键合作用，将可见光响应的BiVO₄量子点（QDs）修饰的g-C₃N₄纳米片异质结光催化剂，稳定嫁接于聚偏氟乙烯（PVDF）膜表面，构建出兼具高催化活性和长期稳定性的双功能光催化膜。这项研究不仅解决了传统悬浮催化剂易流失、难回收的问题，更通过独特的界面工程设计，实现了污染物降解与膜分离的协同增效。

关键技术方法包括：1）通过相转化法制备PVDF基膜；2）利用PDA的C=O与g-C₃N₄的-NH₂席夫碱反应实现催化剂稳定固定；3）采用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征材料特性；4）建立连续流动态实验系统评估DC去除效率与生物毒性变化。

研究结果

1. 材料表征：XRD证实PVDF膜成功负载BiVO₄/g-C₃N₄异质结，接触角测试显示膜表面超亲水性（水接触角<10°），XPS分析验证了PDA与催化剂间的化学键合。
2. 降解性能：动态循环实验中，可见光照射4小时对DC降解率达95%，且10次循环后效率仅下降3.2%，显著优于传统悬浮催化剂体系。
3. 生物毒性：处理后的渗透液对费氏弧菌抑制率从初始100%降至26%，证实降解产物毒性显著降低。
4. 膜通量稳定性：功能化膜水通量保持恒定（~120 L·m^-2·h^-1·bar^-1），未因催化剂负载导致膜孔堵塞。

结论与意义
该研究通过PDA的"分子胶水"作用，创新性地解决了光催化剂在聚合物膜表面易脱落的技术难题。所构建的BiVO₄/g-C₃N₄/PDA/PVDF膜展现出三大突破性优势：1）外表面降解层与内部分离层的协同设计，实现污染物"降解-分离"一体化；2）PDA的电子受体特性有效抑制了光生电子-空穴复合，提升量子效率；3）操作连续性使其更适合实际水处理场景。这项工作为发展高效、低能耗的下一代水处理技术提供了新思路，其界面工程策略也可拓展至其他催化膜体系。研究团队Yilin Dong、Qiuwen Wang等特别指出，该技术对处理医院废水、制药废水等含抗生素特种污水具有重要应用前景。