综述：从协同整合到高级替代：MOF辅助生物催化膜在新兴污染物治理中的应用

本综述系统探讨了金属有机框架（MOFs）增强生物催化膜（BCMs）在新兴污染物（ECs）治理中的突破性进展。通过整合MOFs的高比表面积、可调结构与酶催化活性，BCMs-M/E和BCMs-M实现了污染物选择性筛分、富集与限域催化的多功能协同效应（含H2O2激活的PODs和LACs氧化路径），为水处理技术提供了高效低成本的解决方案。

　　

从协同整合到高级替代：MOF辅助生物催化膜的治污革命

Abstract
新兴污染物（ECs）对水生生态系统和人类健康的威胁日益严峻。传统膜技术面临去除率低（如BPA仅部分截留）、膜污染等问题。生物催化膜（BCMs）通过耦合膜分离与酶催化反应（如氧化还原酶PODs/LACs），展现出高效降解ECs的潜力。然而天然酶易失活、负载量-渗透性难以平衡等缺陷制约其发展。金属有机框架（MOFs）凭借超高比表面积（>1000 m²/g）、纳米级孔道和结构可调性，为BCMs带来革命性突破——既能作为酶的“防震舱”维持活性，又能通过分子筛效应定向富集污染物。

Introduction
ECs（如药物残留、内分泌干扰物）在水体中浓度低至ng/L~μg/L级，传统检测技术如液相色谱（LOD 0.5 μg/L）和纳滤膜（去除率<80%）难以应对。BCMs-E（酶修饰膜）虽能通过酶促反应化学降解ECs，但存在酶易泄漏、界面不稳定等瓶颈。MOFs的引入催生了两类进阶方案：BCMs-M/E（MOFs固定天然酶）和BCMs-M（MOFs模拟酶）。前者通过Zr-MOFs等材料构建限域微环境，使酶活性提升3倍；后者以Fe-MOFs等纳米酶替代天然酶，成本降低90%且耐酸碱性强。

Catalytic mechanism
MOF辅助BCMs的核心优势在于多机制协同：

1. 限域催化：ZIF-8的2 nm孔道可浓缩ECs至酶活性中心，反应速率提升5倍；
2. 电子传递：MIL-100(Fe)中的Fe³⁺/Fe²⁺循环加速H₂O₂分解，ROS产量增加200%；
3. 产物清除：膜孔道实时排出反应产物，避免产物抑制效应。

Applications
在检测领域，UiO-66-NH₂修饰的BCMs可通过荧光猝灭实现10^-12 M级BPA检测；在治理方面，Cu-TCPP基膜对四环素的降解效率达98%（传统膜仅40%）。典型案例包括：

• 医院废水处理：HRP@ZIF-8膜连续运行100小时无活性衰减；
• 工业废水回用：PCN-222纳米酶膜耐受pH 3-11的极端条件。

Challenges
当前瓶颈在于：MOFs水稳定性（如部分ZIFs在pH<5时解体）、规模化生产成本（每平方米膜材料成本需降至50美元以下）。未来需开发杂化MOFs（如SiO₂包覆）和3D打印制备工艺。

Conclusions
MOF辅助BCMs已实现从“简单共混”到“结构仿生”的跨越。随着稳定性优化和成本降低，这类“智能滤膜”有望成为下一代水处理标准技术。