基于3D打印集成传感-修复系统的双氯芬酸水体污染实时监测与治理研究

针对水体中药物污染物双氯芬酸(DCF)传统治理技术效率低、监测滞后的问题，意大利研究团队开发了一种集成3D打印设备，结合电化学传感器与再生纤维素乙酸酯/活性炭(20% w/w)修复材料，实现DCF实时检测(检测限0.1 μM)与同步修复(效率53%)，为新兴污染物治理提供便携式解决方案。

　　

随着非甾体抗炎药双氯芬酸(Diclofenac, DCF)在全球水体中的检出浓度持续攀升，这种被欧盟列为优先管控物质(淡水中限值0.1 μg/L)的污染物正对生态系统构成严峻挑战。传统污水处理工艺对其去除率不足50%，而常规检测依赖笨重的HPLC设备，难以满足现场快速监测需求。更令人担忧的是，DCF在μg/μM级浓度即可引发哺乳动物肝肾毒性，并通过食物链产生生物放大效应。面对这一环境健康双重威胁，意大利罗马大学（Sapienza University of Rome）的Gabriella Iula团队在《Talanta》发表创新成果，开发出全球首款集实时监测与污染修复于一体的3D打印便携设备。

研究团队运用三大核心技术：柔性丝网印刷电极制备技术（检测限0.1 μM）、废弃烟头提取的再生纤维素乙酸酯载活性炭(20% w/w)修复材料合成技术、以及熔融沉积建模(FDM)3D打印集成化设计。通过电化学差分脉冲伏安法(DPV)与吸附动力学协同优化，构建出仅手掌大小的全功能平台。

优化实验参数

采用Box-Behnken实验设计确定最佳修复条件：在pH 7的PBS缓冲体系中，10 μg/L混合污染物溶液经30分钟接触时间，活性炭负载量20%时达到最大吸附平衡。竞争吸附实验显示该材料对DCF具有显著选择性。

结论与意义

该研究突破性地将环境修复与智能传感融合：① 首创"检测-修复-验证"闭环系统，修复效率达53%的同时实现过程实时反馈；② 采用再生材料使成本降低70%，且避免活性碳粉末的环境风险；③ 模块化设计可拓展至其他污染物监测。正如通讯作者Stefano Cinti强调，这项技术为偏远地区水体污染应急处理提供了可能，其3D打印架构更预示着环境监测设备个性化定制时代的来临。尽管当前修复效率仍需提升，但该平台展现的"可持续材料+智能传感"策略，为应对全球新兴污染物挑战开辟了新路径。