2023年11月27日，王銳院士團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊Nature Water（自然?水）在線發(fā)表題為“Covalent Organic Framework Membrane for Efficient Removal of Emerging Trace Organic Contaminants from Water”（共價(jià)有機(jī)框架膜高效去除水體中新興痕量有機(jī)污染物）的研究論文，報(bào)道了有機(jī)膜高效去除水中藥物等痕量有機(jī)物的重要研究進(jìn)展。
我國(guó)是世界上最大的藥物生產(chǎn)國(guó)，擁有全球最大的藥品市場(chǎng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類藥物和個(gè)人護(hù)理品（PPCPs）生產(chǎn)和使用量也迅速增加，其中有效化學(xué)成分的年排放量在噸至萬噸級(jí)，導(dǎo)致城市供水系統(tǒng)及水陸生態(tài)系統(tǒng)中不斷檢測(cè)出這類新興有機(jī)物（TrOCs）。TrOCs對(duì)人類健康和水生環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，日益引起廣泛關(guān)注。由于分子量小、毒性高、耐久性強(qiáng)、生物蓄積性高，TrOCs很難從水生環(huán)境中去除。膜技術(shù)被認(rèn)為是一種高效濾除水體中高危有機(jī)物可持續(xù)的方法。然而，由于TrOCs尺寸小（納米級(jí)）、遷移性高，傳統(tǒng)商業(yè)化納濾膜或反滲透膜無法使其在飲用水凈化和地下水過濾等過程中去除。因此，迫切需要通過技術(shù)創(chuàng)新來去除這些痕量有機(jī)污染物。
鑒于此，王銳院士與其團(tuán)隊(duì)合作者通力合作，利用有機(jī)多孔膜規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)以及易于功能化的特點(diǎn)，開發(fā)了一種自下而上的膜工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)膜孔徑從0.3到0.8納米的精準(zhǔn)調(diào)控，高效濾除了水體中亞納米尺寸的痕量高危有機(jī)物，包括藥物、個(gè)人護(hù)理品、檸檬酸酯、硝基多環(huán)芳烴、有機(jī)磷酸酯和農(nóng)藥等，即使是分子尺寸小到0.35 nm的有機(jī)物，也可實(shí)現(xiàn)高截留（截留率大于99%）和高通量（通量大于110 kg·m-2·h-1·MPa-1）。通過Hagen-Poiseuille流體理論，闡明了藥物等有機(jī)小分子在納米孔道中傳輸與流體的分子尺寸、粘度和總?cè)芙舛葏?shù)的關(guān)系，揭示了孔道限域傳質(zhì)的分子篩分機(jī)理。這類具有亞納米尺寸的均孔有機(jī)膜，實(shí)現(xiàn)了各種新興有機(jī)物的高效去除，為痕量高危有機(jī)物的高效去除提供了新途徑，保障環(huán)境水質(zhì)安全和生命健康可持續(xù)發(fā)展。
圖.藥物篩分模型及效應(yīng)
該工作獲得中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2019-I2M-5-074, 2021-I2M-1-026, 2021-I2M-3-001, 2022-I2M-2-002）和蘭州大學(xué)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新發(fā)展項(xiàng)目（lzuyxcx-2022-156）等項(xiàng)目資助。藥物所、醫(yī)科院多肽研究創(chuàng)新單元王銳院士、南京理工大學(xué)張根教授和蘇冠勇教授為本論文的共同通訊作者。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s44221-023-00162-w
