基于天然产物柚皮素(Nar)的薄膜复合聚酯膜制备及其抗生素分离性能研究

为解决抗生素废水处理中膜分离技术面临的分离效率低和抗菌性能不足问题，烟台大学团队创新性地采用天然黄酮类化合物柚皮素(Nar)作为水相单体，通过界面聚合(IP)技术制备出具有高负电荷表面和广谱抗菌性能的薄膜复合(TFC)聚酯膜。该膜对头孢类抗生素的截留率达96.3%-99.8%，纯水通量7.5 L m?2h?1 bar?1，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌率>99%，为抗生素绿色分离提供了新策略。

　　

抗生素污染已成为威胁生态环境和人类健康的重大挑战。随着制药工业发展，大量含抗生素废水进入水体，不仅破坏微生物群落平衡，更通过食物链诱发耐药性危机。传统热化学处理方法易导致抗生素活性成分降解，而膜分离技术因其温和、高效特性成为理想选择。然而，现有聚酰胺薄膜复合(TFC)膜存在通量-选择性权衡效应，且易受生物污染影响。如何开发兼具高效分离和本征抗菌性能的新型膜材料，成为当前研究瓶颈。

烟台大学研究人员独辟蹊径，从天然产物中寻找解决方案。他们发现柑橘果皮提取物柚皮素(Nar)具有独特优势：作为黄酮类化合物，其三个酚羟基可与1,3,5-均苯三甲酰氯(TMC)发生酯化反应，而母核结构赋予抗菌特性。研究团队通过一步界面聚合(IP)工艺，在聚砜(PSF)超滤基膜上构建Nar/TMC聚酯分离层。关键技术包括：优化单体浓度和反应时间的界面聚合参数调控；采用zeta电位仪、接触角测量仪表征膜表面电荷和亲水性；通过死端过滤系统测试膜通量和截留率；采用平板计数法评估抗菌性能。

Characterizations of the Nar/TMC membranes
研究发现，Nar的温和反应活性使膜表面形成均匀致密的纳米级皱纹结构。XPS证实酚羟基与TMC成功酯化，膜表面zeta电位在pH7时达-77.85 mV，这种高负电性显著增强了对带负电抗生素的静电排斥。水接触角降至42.3°，表明亲水性提升有利于水分子传输。

分离性能
最优化的Nar/TMC膜对四种头孢类抗生素展现出梯度截留效果：头孢唑啉(96.3%)<><><头孢哌酮钠(99.8%)，这种差异与抗生素分子量(383.4-667.6 da)和电荷分布相关。值得注意的是，膜对两性离子型抗生素头孢曲松的截留率高达99.2%，突破传统膜材料对两性物质分离效率低的限制。纯水通量达7.5 l>^?2h^?1 bar^?1，优于多数报道的抗生素分离膜。

抗菌机制
膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均>99%，研究者认为这源于Nar黄酮结构的多重作用：破坏细菌细胞膜完整性、抑制能量代谢、干扰DNA复制。长期运行实验显示，膜表面未形成生物膜，证实其抗生物污染能力的持久性。

该研究开创性地将天然黄酮化合物应用于膜材料设计，提出"结构-功能一体化"制备策略。相比传统改性方法，Nar/TMC膜的优势在于：1) 单体天然无毒，符合绿色化学原则；2) 一步IP工艺简化制备流程；3) 本征抗菌性避免后修饰带来的通量损失。研究不仅为抗生素分离提供新型膜材料，更启示可从植物次级代谢产物中发掘更多功能单体。论文发表于《Separation and Purification Technology》，为开发下一代环境友好型分离膜指明新方向。