太阳城_【科技动态】基于MOFs的“3D修饰”制备高通量生物催化膜改性策略

据膜科学与工程微信公众平台2018年5月12日讯 生活用水及再造水中经常所含微量、无以水解、低危害的小分子有机污染物，主要源于药物及个人护理五品（抗生素、消炎药、激素和农药）和工业污染物（多环芳烃、双酚A、多氯联苯等）。有证据指出，这类微污染物有可能所致人类性早熟、癌症、畸形以及导致牲畜大量丧生。因其分子量广泛较小（100～1000Da）且吸附性强劲，即使是纳滤或反渗透膜都无法对其几乎囤积。应运而生的酶基生物催化剂纳滤膜构建了酶水解和膜分离功能，可明显提升纳滤膜对污染物的除去能力，作为代价，酶的堵孔效应使纳滤膜渗透性大幅度上升。

另一类生物催化剂微滤膜虽具备高载酶量、高通量和低去除率，但其本身对微污染物的囤积能力很低，且不易污染。综上，如何制取平稳且高效的生物催化剂膜是一项艰难的挑战。中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室万印华研究员团队将目光探讨在商品化亲水高通量聚丙烯腈（PAN）超滤膜上，明确提出了“3D标记”的新型膜改性策略。

利用金属有机骨架材料（MOFs）对承托无纺布纤维的非常简单标记，构建了酶固定化方式由传统的“二维（2D）”模式（固定化酶在分离出来层表面）向“三维（3D）”模式（固定化酶集中在整张膜内）的改变。这一策略需要使酶产于在超强/纳滤等非对称膜的所有部位，特别是在占有绝大多数体积的承托层内均匀分布，此类生物催化剂膜不具备以下几个优点：1、增加酶在膜分离层富含，减少堵孔效应，提升通量；2、通过减少酶相同区域的维度，缩短底物与酶的认识时间；3、通过MOFs的“双重导电”效应，同时对酶和微污染物展开导电，有效地减少用于过程中酶的外泄，提高系统对pH波动的耐受力，提高生物催化剂膜的重复使用性能和底物选择性。理论上，这一普适的标记策略需要应用于完全所有具备大孔承托层的复合膜上。该项目获得国家自然科学基金（No.21506229），中国科学院青年理事长（No.2017069）以及中国科学院“百人计划”的反对，涉及研究成果公开发表在Chemical Engineering Journal, 348 (2018) 389-398。

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