《Journal of Cleaner Production》：A novel UV-assisted modification for fabricating wrinkled ligninsulfonate nanofiltration membranes with high flux and antibacterial properties
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纳滤膜技术面临细菌污染和通量-脱盐效率的权衡问题。本研究通过紫外（365nm）辅助的界面聚合（IP）工艺制备木质素磺酸盐（SKL）基纳滤膜（UV-SKL-NF），在中间干燥阶段进行UV辐照。该方法显著优化了膜表面结构，形成皱褶状表面和薄均一聚酰胺分离层，使纯水通量提升至58.66 LMH（较对照组提高3倍），Na2SO4脱盐率达98.18%，同时实现94%以上的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制率，并展现优异的动态抗污性能。研究揭示了UV辐照与SKL协同增强膜表面亲水性和负电性的机制，为开发绿色高效抗菌纳滤膜提供新策略。
冯贵珍|莫凯琳|崔志成|范朝阳|邹云涛|饶军|黄尊全
华东交通大学土木工程与建筑学院，中国江西省南昌市，330013
摘要
细菌污染和“权衡效应”是限制纳滤（NF）膜技术发展的主要障碍。为克服这些挑战，我们提出了一种经济且环保的方法，通过紫外（UV）辅助的界面聚合（IP）制备基于木质素的纳滤膜（UV-SKL-NF）。在中间干燥过程中施加UV照射不仅促进了木质素磺酸钠（SKL）分子进一步参与IP反应，还改变了膜的表面性质和微观结构。这导致膜表面形成高度褶皱的“波浪状”形态，并具有清晰定义的边缘颗粒，显著提高了亲水性和表面负电荷，同时形成了更薄、更均匀的聚酰胺分离层。我们通过系统的渗透分离和抗菌性能测试研究了UV照射的增强机制。结果表明，UV-SKL-NF膜达到了58.66 LMH的纯水通量，并对Na2SO4显示出98.18%的高去除率。它对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌抑制率超过94%，并在BSA、SA和细菌悬浮液过滤中表现出出色的动态抗污染性能。我们使用生物扫描电子显微镜观察了膜表面的细菌形态，进一步证明SKL暴露的抗菌活性基团与UV照射协同作用，实现了高效的抗菌效果。本研究开发的UV-SKL-NF膜克服了传统NF膜的局限性，为绿色抗菌NF膜的发展提供了一种新方法。
引言
纳滤（NF）膜凭借其节能高效的分离机制和简单的操作流程，已广泛应用于水处理等领域。（Fang等人，2025；Xu等人，2025）。目前最广泛使用的是薄膜复合（TFC）膜。它们通常是通过将水相单体沉积在超滤基膜表面，然后与有机相单体进行界面聚合（IP）来制备的（Guo等人，2024）。然而，膜污染问题限制了其进一步发展。其中，生物污染占所有膜污染的45%以上（Komlenic，2010）。这不仅降低了分离效率，还增加了清洗成本并缩短了膜的使用寿命。现有的氧化预处理方法只能减少水中的浮游生物数量，对去除膜表面的细菌污染效果甚微。此外，膜在接触化学氧化剂时可能会降解（Li等人，2025）。另外，传统的TFC膜难以同时实现高通量和高去除率，限制了其在高效分离场景中的应用（Yang等人，2025）。
为了减轻膜表面的细菌污染，人们广泛采用金属纳米粒子对膜进行改性，由此制备的膜通常表现出优异的杀菌性能（Chauke等人，2025；Satasiya等人，2025）。然而，金属纳米粒子较大的活性表面积会影响其稳定性，一旦溶解在水中就难以回收（Ma等人，2025）。因此，开发低成本、易获取且环保的抗菌膜材料具有重要意义。木质素是一种天然丰富的可再生聚合物材料，含有丰富的活性官能团，如酚羟基和甲氧基，使其成为非常有前景的绿色抗菌改性剂（Li等人，2023）。木质素磺酸钠（SKL）是一种水溶性木质素衍生物，具有高分子量，含有强亲水性的磺酸基团和羧基，进一步增强了膜的亲水性（Zhou等人，2013）。现有研究表明木质素在膜制备中具有广泛的适应性。例如，Zhou等人（2024）使用木质素和二乙烯三胺作为原料，通过Mannich反应合成膜。在BSA、HA和SA污染后，所得NF膜的过滤去除率（FRR）均超过了93%。He等人（He, J.等人，2025）通过五天的透析处理制备了木质素纳米粒子。真空过滤后的木质素膜表现出显著的染料/盐选择性。然而，制备木质素膜的化学改性方法存在局限性，如可用单体范围有限和成本较高。因此，迫切需要开发新的制备技术。
紫外（UV）照射作为一种绿色改性技术，无需额外的化学试剂，避免了副产物的产生，并简化了制备过程。它已成功应用于反渗透膜的制备和后处理（Han等人，2022；Wang等人，2022）。近年来，尽管在NF膜领域的相关研究较少，但Zhu等人（2025）将UV照射引入了有机相反应阶段，证明了UV在NF膜改性中的有效性。这些研究表明，将UV照射与膜制备相结合是可行的，为我们的研究提供了坚实的基础。另一方面，关于UV照射对木质素材料影响的研究表明，木质素具有广谱的UV吸收特性（Zhang和Naebe，2021）。当木质素在其他材料或聚合物基质中共存并在富氧条件下进行UV照射时，它可以通过自身的UV吸收和光稳定性机制抑制复合系统中其他材料的光氧化损伤（de Freitas等人，2025；He, B.等人，2025；Peng等人，2020）。值得注意的是，此前没有研究将UV照射与基于木质素的NF膜的制备相结合；因此，我们根据木质素的特性进行了合理分析。在上述研究中，木质素对复合系统的保护作用及其光反应特性都需要富氧条件。然而，在IP过程中，有机相反应阶段发生在低氧环境中，无法满足木质素光激活的要求。相比之下，在中间干燥阶段，木质素均匀地负载在PSF基底上。由于此时处于富氧环境中且尚未被后续聚合反应固定，因此满足UV照射激活SKL光反应性的条件。具体来说，SKL含有光反应性官能团，如菲结构单元、C=O和醌结构，以及自由的酚羟基和醚化的酚羟基（Zhang和Naebe，2021）。这些结构单元共同形成了一个复杂的共轭电子系统，使其在UV区域具有广谱吸收能力。
本研究提出了一种将UV照射结合到IP过程中的新策略。根据其他研究发现，在254 nm的高能波长下，80-90%的UV能量到达膜表面，导致显著的键断裂和膜结构破坏。相比之下，365 nm波长能量较低但穿透能力更强（Miller等人，2017；Wang等人，2022）。因此，我们选择了365 nm的UV波长作为光源。与其他研究不同，我们在有氧条件下进行的中间干燥过程中施加了UV照射。通过SKL和UV照射的协同作用，同时改善了传统NF膜的“权衡效应”和细菌污染问题。我们表征了UV-SKL-NF系统的表面官能团、微观结构、亲水性和电荷性质，揭示了UV照射对膜结构的调控机制。对渗透分离性能、抗菌活性和动态抗污染性能的全面评估阐明了UV-SKL-NF实现“高通量、强抗菌性和抗污染”特性的协同机制。
部分摘要
膜制备
购买的材料和表征方法在补充文件中有详细描述。如图1所示，将一定量的PIP溶解在50 mL去离子（DI）水中制备水溶液，然后通过超声处理完全溶解。将PIP水溶液施加到基膜表面并静置5分钟。随后去除膜表面多余的水溶液，让膜表面干燥。
膜形态特征
NF膜表面的颜色变化直观反映了UV照射的效果，如图2（a1-a4）所示。SKL是一种黄褐色粉末。嵌入膜层后，膜表面颜色从PA的白色变为黄色。UV-SKL-NF的颜色与SKL-NF相同，但颜色更深。这与光引发过程中的“黄变”现象一致（Noirbent和Dumur，2021）。此外，施加UV照射
结论
本研究成功利用UV照射辅助的IP技术将SKL引入聚酰胺层。UV-SKL-NF具有更薄、更均匀的分离层结构。其表面呈现出高度褶皱的“波浪状”形态，并具有清晰定义的边缘颗粒，显著提高了表面粗糙度和亲水性，从而显著提升了膜的渗透性能。纯水通量从对照组的19.17 LMH提高
CRediT作者贡献声明
冯贵珍：项目监督、项目管理、方法论、资金获取、概念构思。莫凯琳：写作——审稿与编辑、初稿撰写、实验研究、数据分析。崔志成：写作——审稿与编辑。范朝阳：写作——审稿与编辑。邹云涛：写作——审稿与编辑。饶军：实验研究。黄尊全：数据分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：52560002）的支持。
