一步法构建多功能ZIF-8/PES复合膜实现蛋白质-染料-抗生素协同分离及抗污染性能突破

本研究通过一步相转化法将ZIF-8纳米颗粒（0.1-1.0 wt%）嵌入聚醚砜（PES）基质，构建了兼具高渗透性（299.2 L/m2·h）与选择性的混合基质膜（MMMs）。该膜通过尺寸排阻、静电作用及π-π堆叠协同机制，同步提升牛血清蛋白（BSA）截留率113%、刚果红（CR）截留率至95.4%，并显著改善抗生素（TCH）分离性能，为复杂废水处理提供创新解决方案。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过简易一步法构建的ZIF-8/PES复合膜，成功突破传统膜材料在渗透性与选择性之间的"权衡效应"。优化的MMMs展现出299.2 L/m²·h的超高水通量，较纯PES膜提升65.9%，同时实现BSA截留率翻倍（113%增幅）。更引人注目的是，该膜对CR、RhB和TCH的截留率分别跃升至95.4%、37.4%和96.8%，这归功于ZIF-8赋予的独特分离机制：对CR产生静电吸引与π-π堆叠双重作用，对RhB产生静电排斥协同π-π堆叠，而对TCH主要依赖π-π相互作用。

Characterizations of ZIF-8 nanoparticles and MMMs

采用溶剂热法合成的ZIF-8纳米颗粒呈现单分散菱形十二面体结构（图2a-b），XRD图谱（图2c）显示其特征衍射峰与模拟结果完美匹配。FTIR分析证实了Zn-N配位键的形成（图2d），而XPS进一步验证了Zn²⁺与2-甲基咪唑的成功配位（图2e）。复合膜表面zeta电位测试揭示，ZIF-8的引入使膜等电点从2.3升至4.1，这为理解其pH响应性分离行为提供了关键依据。

Conclusions

本研究开创性地通过一步相转化法构建了多功能ZIF-8/PES复合膜，系统阐明了其"结构-性能"关系。该膜通过ZIF-8诱导的尺寸排阻、静电相互作用和π-π堆叠等多重机制，实现了对BSA、CR、RhB和TCH的高效协同分离。特别值得注意的是，MMMs展现出优异的抗污染性能，通量恢复率（FRR）显著提升而不可逆污染率降低，为复杂废水处理提供了兼具规模化应用潜力与机制创新性的膜材料设计范例。