在氧化石墨烯纳米过滤膜中，Intrapore β-环糊精结合位点使短链PFAS的去除与共污染物干扰相互分离

《Journal of Membrane Science》：Intrapore β-cyclodextrin binding sites decouple short-chain PFAS rejection from co-contaminant interference in graphene oxide nanofiltration membranes

　　摘要：亲和性孔内传输机制是通过纳米通道内的离散结合位点在分子层面设置能量障碍，从而抑制目标溶质扩散，这种机制可作为纳米过滤分离中基于空间排斥和静电作用的替代方案。在处理全氟和多氟烷基化合物时，这类机制对于传统聚合物膜难以截留的短链物质（碳原子数≤6）尤为重要。尽管具有巨大潜力，但亲和性孔内机制在连续跨流过滤的水力条件下的长期稳定性，以及其对实际水样中共污染物的抵抗能力，目前仍需进一步验证。本研究采用了经β-环糊精改性的氧化石墨烯膜，该膜具有不对称纳米通道，通道内嵌有用于与全氟和多氟烷基化合物相互作用的β-环糊精结合位点。在模拟受污染地表水和地下水的条件下，对这种膜进行了24小时连续跨流过滤测试，测试对象包括溶解离子和天然有机物。在去离子水中，改性氧化石墨烯膜的全氟戊酸截留率可达92.3±0.3%，过滤通量约为17.0 L m-2 h-1 bar-1，这一性能优于未改性的氧化石墨烯膜（截留率为81.8±1.3%，对应通量为6.0 LMH/bar）以及市售的聚酰胺NF270膜（截留率为87.0±0.5%，对应通量为9.6 LMH/bar）。值得注意的是，当存在共污染物时，整体全氟和多氟烷基化合物的截留率会进一步提升，尤其是短链的全氟戊酸，其截留率可接近100%（≥99.7%），远高于未改性氧化石墨烯膜和NF270膜的效果。密度泛函理论和分子动力学计算表明，全氟和多氟烷基化合物与钙离子结合后会产生分子桥联效应，进而增强这些化合物与β-环糊精活性位点的亲和力。这些研究结果为了解溶质与膜、溶质与污染物之间的相互作用提供了重要机制依据，有助于推动新型截留机制在自然水体中全氟和多氟烷基化合物处理中的应用。