► NiFe-MOF/CQD膜被开发用于处理抗生素相关废水。
► CQDs增强了NiFe-MOF膜对利福平的渗透性和选择性。
► NiFe-MOF/CQDs具有用于有效降解抗生素的高光芬顿活性。
► NiFe-MOF/CQDs还显示出灭活抗生素抗性细菌的高潜力。
废水中抗生素和抗生素耐药细菌的不断增加对人类健康和生态系统构成了紧迫的威胁。应对这一挑战需要创新的方法，而光催化膜作为有前景的解决方案，提供了同时分离和降解/灭菌抗生素和抗生素抗性细菌的双重能力。在这项研究中，我们将NiFe-MOF种子预整合到基底中，制备了原位生长的Ni-Fe金属有机骨架/碳量子点（NiFe-MOF/CQD）膜，CQDs的掺入不仅增强了NiFe-MOF膜的亲水性和完整性，同时使得NiFe-MOF/CQD膜具有119.7 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹的高水通量和98.1%的高抗生素（利福平）截留率，而且通过增强可见光吸收和光电子（e-）-空穴（h+）分离，提高了光催化芬顿活性。NiFe-MOF/CQD复合材料在光催化芬顿体系中100分钟内对利福平的降解效率（84.9%）超过了NiFe-MOFs（63.1%）。此外，NiFe-MOF/CQDs可以有效地灭活光催化芬顿系统中的革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌。在这项研究中，首次将NiFe-MOF/CQD应用于膜水处理领域并且新发明的光催化膜具有光催化芬顿降解抗生素废水和灭活耐药性细菌的巨大潜能。
在本研究中，在掺杂NiFe-MOF的种子膜表面原位生长制备了NiFe-MOF/CQD改性PVDF膜（图1）。选择PVDF是因为它具有高耐化学性、耐高温性和易制造性。不同类别和不同分子量的利福平和四环素被用作目标污染物来评估NiFe-MOF/CQD膜的有效性。我们研究了NiFe-MOF种子含量、原位生长时间、CQDs含量对膜性能和截留率的影响。得出最优条件下的NiFe-MOF种子的含量为0.15g，原位生长时间为8小时，CQDs含量为10:1。最优条件下的NiFe-MOF/CQD的纳滤膜表现出高渗透率（119.7 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹）和对抗生素的截留率（98.1%），可以实现盐和抗生素的分离，同时具备通过光催化芬顿降解抗生素和灭活抗药性细菌的潜能。这种类型的膜在实际抗生素废水处理和净化中可能具有巨大潜力。
图1. NiFe-MOF/CQD膜的制备工艺示意图
图2. PVDF基底中具有不同种子量的M-SPVDF膜表面的SEM图像描述了（a）4小时、（b）6小时、（c）8小时和（d）10小时的不同生长时间下的形态演变。（所有这些SEM图像的比例尺与右下角所示相同）.
在添加不同比例的CQD后，图5a显示，在8小时原位生长下，以100:1的比例掺入CQD的MC-SPVDF膜，纯水通量从85.0增加到147.5 L m⁻² h⁻1 bar⁻1，这是由于CQD的亲水性。然而，其对抗生素的截留率显著下降，尤其是四环素，从82.4%下降到23.2%，利福平的截留率下降到95%以下。CQD量进一步增加到10:1的比例，不仅会增加膜表面上的NiFe-MOF/CQD含量，还会增强大分子抗生素的截留能力。因此，与M-SPVDF-0.15/8相比，利福平的截留率跳回到98.1%，纯水通量增加到119.7 L m⁻²h⁻1 bar⁻1。MC-SPVDF-0.15/8(10:1)膜也表现出优异的抗生素脱盐性能，因为它们保持了约97%-98%的高利福平截留率和约1-2%的低盐保留率（图5b）。盐/抗生素分离的选择性超过60，突出了它在抗生素脱盐中的应用前景。
图4. （a）MC-SPVDF-0.15/6(10:1)（将PVDF基膜表面SEM图像置于左下角以进行比较）、（b）MC-SPVDF-0.15/8(10:1)、（c）MC-SPVDF-0.15/6(100:1)和（d）MC-SPVDF-0.15/8(100:1)的表面SEM图像；（e）通过EDS获得的MC-SPVDF-0.15/8(10:1)的元素映射图像.
为了进一步评估它们在存在各种物质的天然水体中的抗生素降解性能，从浙江师范大学春阳湖采集水样，并与添加的利福平一起用作进料溶液。如图6e-f所示，NiFe-MOF/CQDs对湖水中抗生素的降解效率为99.8%，显著高于去离子水中抗生素的降解效率（84.9%），这可能归因于湖水中腐殖质的存在，可以加速光催化中的电子转移过程。这一发现表明MC-SPVDF-0.15/8(10:1)膜在真实水体中降解抗生素是可行的。
金海怡：女，安徽六安人，导师为赵蝶玲和林红军教授。浙江师范大学地理与环境科学学院2022级研究生。研究方向为CQD复合材料催化膜的制备及其应用，具有一定的独立开展科研工作的能力，目前以第一作者在Chemical Engineering Journal期刊上发表论文1篇，以第二作者的身份在Journal of Membrane Science期刊和Journal of Environmental Management期刊发表论文2篇。
