【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

发布时间:2020-11-17    来源:亚博官方首页 nbsp;   浏览:26052次

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据膜科学与工程微信公众平台介绍,2018年5月12日,生活用水和中水经常含有微量、不可水解、低危害的小分子有机污染物,主要来源于药物和个人护理品(抗生素、消炎药、激素和农药)以及工业污染物(多环芳烃、双酚a、多氯联苯等)。)。有证据表明,这种微污染物可能导致性早熟、癌症、畸形和大量牲畜死亡。

由于其宽小分子量(100 ~ 1000 da)和强吸附性,即使纳滤或反渗透膜也很难积累。酶基生物催化剂纳滤膜构建了酶解和膜分离功能,可明显提高纳滤膜的污染物去除能力。以此为代价,酶的堵孔作用大大增加了纳滤膜的通透性。

另一种生物催化剂微滤膜,酶负载量高,通量高,去除率低,但其自身对微污染物的积累能力很低,不易污染。综上所述,如何制备稳定高效的生物催化剂膜是一个难题。中科院过程工程研究所生化工程国家重点实验室研究员万专注于亲水性高通量聚丙烯腈(PAN)超滤膜的商业化,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)对支撑无纺布纤维进行非常简单的标记,将酶固定化模式从传统的“2D”模式(固定化酶在分离层表面)转变为“3D”模式(固定化酶集中在整个膜中)。这种策略需要使酶在不对称膜的各个部分产生,如超强/纳滤,特别是在占据大部分体积的支撑层。这种生物催化剂膜不具备以下优点:1。增加膜分离层酶的富集,降低堵塞效应,提高通量;2.通过降低酶的同一区域的维数,缩短底物和酶的识别时间;3.通过MOFs的“双传导”效应,使酶和微污染物同时传导,有效减少了过程中酶的泄漏,提高了系统对pH波动的耐受性,提高了生物催化剂膜的重复使用性和底物选择性。

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理论上,这种通用的标记策略需要应用于所有具有大孔支撑层的复合膜。该项目遭到国家自然科学基金(21506229号)、中科院青年主任(2017069号)和中科院“百人计划”的反对,相关研究成果发表在《化工学报》348 (2018) 389-398。

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