材化学院在正渗透膜光动力抗菌方面取得新进展

随着全球水资源短缺的加剧，正渗透作为一种新兴的渗透驱动膜工艺，在工业和环境废水净化中的应用迅速增加。正渗透具有膜污染低、环境友好、水通量高等优点。因此，科研人员致力于开发各种具有理想特性的正渗透膜。其中，薄膜复合物正渗透膜因良好的化学稳定性和对盐的高截留率而倍受关注。然而，生物污染仍然是正渗透膜发展的主要障碍之一。微生物在膜表面的附着严重地影响了膜的寿命，增加了正渗透过程中运行和维护的成本。

近日，材化学院邹文生、王亚琴课题组设计制备了一种具有良好的正渗透和抗菌性能的间苯二甲酸碳点/聚赖氨酸复合膜(IPA-C-dots/PLL-M)。该膜是将聚酰胺薄膜复合正渗透膜与IPA-C-dots/PLL纳米复合材料偶联制备所得(图1)。

图1. 室温磷光间苯二甲酸碳点的合成 (a)， 间苯二甲酸碳点与聚赖氨酸的偶联(b)， 间苯二甲酸碳点/聚赖氨酸纳米复合材料偶联到正渗透膜活性层(c)和抗菌(d)示意图。

膜表面的表征结果表明，IPA-C-dots/PLL改性膜具有更高的亲水性和更低的表面粗糙度(图2上-左)。亲水的表面意味着水渗透性能的提升，更光滑的表面形貌说明细菌粘附的结合位点会更少。静态和动态抗菌的实验结果证明了IPA-C-dots/PLL改性膜本身在光照条件下具有良好的杀菌能力，且在正渗透过程中也具有优异的抗菌性能(图3，4)。

研究团队探讨了IPA-C-dots的抗菌机理(图3)，IPA-C-dots水溶液中能量从激发三重态转移到溶解氧中产生了单重态氧，是一种著名的光动力抗菌化学疗试剂，能够高效抑制细菌的增殖。如图3(b)所示，在TEMP水溶液中，EPR谱显示出更强的IPA-C-dots的单重态氧信号，验证了IPA-C-dots的抗菌机制。

图2. 对照膜，PLL改性膜和IPA-C-dots/PLL改性膜的水接触角(a)和AFM图像(b)(上-左)。 动态抗菌实验中各组在加速生物污染条件下随时间变化的水通量(a)和归一化水通量(上-右)。静态抗菌实验中各组膜上存活的大肠杆菌在琼脂平板上生长的菌落图(下)。

图3. IPA-C-dots的室温磷光和荧光示意图(a)。在四甲基哌啶(TEMP)水溶液中，有碳点的溶液和无碳点的溶液在365 nm紫外灯照射1min后的EPR光谱(b)

IPA-C-dots/PLL改性膜具有良好的正渗透和抗菌性能，且合成简便、成本低廉，因此该膜将在未来的水处理和海水淡化领域得到广泛应用。研究成果以“Coupling room-temperature phosphorescence carbon dots onto active layer for highly efficient photodynamic antibacterial chemotherapy and enhanced membrane properties”为题，近日发表在《Journal of Membrane Science》(中科院1区，影响因子：8.742)上，材化学院硕士生缪闻飞为论文第一作者，邹文生副教授与王亚琴教授为通讯作者,中科大徐铜文教授为共同通讯作者，安徽建筑大学为第一单位。该研究得到了安徽省自然基金(1908085MB40)，安徽省教育厅重点项目(KJ2018A0513)以及博士后基金(2017M612091)的资助。

论文信息：Coupling room-temperature phosphorescence carbon dots onto active layer for highly efficient photodynamic antibacterial chemotherapy and enhanced membrane properties。Wenfei Miao a, Wen-Sheng Zou*, Qingchun Zhao, Yaqin Wang*, Xia Chen, Shibiao Wu, Zhaoming Liu, Tongwen Xu*, J. Membr. Sci. 2021, 639, 119754,https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119754.

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