近年来，废水中抗生素、染料等有机污染物严重威胁生态环境。以诺氟沙星（NFX）为例，它用于治疗多种细菌感染，但因在人和动物体内吸收率低，在水体残留，可能助长耐药微生物病原体产生。为应对这一问题，基于・SO₄⁻的高级氧化技术备受关注，该技术能高效将有机污染物氧化为无害产物。过氧单硫酸盐（PMS）的过氧键可通过热、超声、光激活，产生强氧化性的・OH 和・SO₄⁻，其中光激活优势明显，能提升 PMS 活化效率，抑制光生载流子复合，协同去除污染物。

基于纤维素的静电纺非织造膜，因可再生、功能基团丰富、操作与制备简便，在负载和固定金属有机框架（MOF）纳米颗粒方面表现出色，在 PMS 辅助光降解中潜力巨大。四川大学卢灿辉教授团队近日就在《Carbohydrate Polymers》期刊发表了题为"一步法制备的纤维素@g-C₃N₄@ZIF-67电纺非织造膜增强过氧单硫酸盐活化性能"的最新研究成果。该研究运用一步静电纺丝工艺，成功制备新型纤维素 @g-C₃N₄@ZIF-67 非织造膜。此过程不仅增强了 ZIF-67 的光吸收与光降解性能，还通过原位生长策略避免 ZIF-67 在使用时聚集、脱落，使用后钴浸出浓度仅 0.093mg/L。该膜对诺氟沙星、四环素和刚果红，展现出高效且无选择性的 PMS 光降解能力，・SO₄⁻是光降解主要活性物种。而且，膜的稳定性和循环性能优异，在未来废水处理领域极具应用潜力。

1. 复合膜的制备与结构优势

通过一步静电纺丝法成功制备纤维素@g-C₃N₄@ZIF-67 复合膜。此过程中，以含g-C₃N₄和 Co (NO₃)₂・6H₂O的纤维素溶液为纺丝原液，2 - 甲基咪唑水溶液作凝固浴，实现 ZIF-67 在纤维表面原位生长。从图 1 可以看到，该复合膜呈三维微观结构，内部多孔。这种结构优势明显，利于活性位点与废水充分接触，增强吸附能力，还能促进光在膜内传播，为后续的光催化反应提供良好基础 。

2. 异质结提升光催化性能

g-C₃N₄与 ZIF-67 形成的异质结是提升光催化性能的关键因素。由图 2 的 UV-vis DRS 光谱可知，复合膜吸收边红移且范围拓宽，光吸收能力显著提升。其带隙变窄，光生载流子分离效率提高。PL 光谱中，该复合膜荧光强度最低，表明异质结有效抑制了光生电子 - 空穴复合，使更多载流子参与光催化反应，进而增强了降解性能。

3. 复合膜对多种污染物的高效降解

该复合膜对诺氟沙星、四环素和刚果红等有机污染物展现出高效的光降解能力。以诺氟沙星降解实验为例，图 3 展示了其卓越性能。在 PMS 和光照存在下，60min 内降解效率高达 99.7% ，远高于纤维素 @ZIF-67 的 53.6%，且动力学速率常数是后者的 1.6 倍。对四环素和刚果红的降解效率在 30min 内均超 80%，体现了复合膜对不同有机污染物的高效且无选择性的降解特性。

4. 活性物种与降解机制

通过自由基捕获实验和 EPR 测试确定了光降解过程中的主要活性物种。图 3 中的 EPR 光谱显示，体系中生成了・SO₄⁻、・O₂⁻和・OH 等活性物种，其中・SO₄⁻是主导光降解过程的关键物种。其降解机制为，NFX 和 PMS 因复合膜的强亲水性被吸附到表面，ZIF-67 和 g-C₃N₄作为活性位点产生光生电子和空穴，进而生成・O₂⁻等，这些活性物种与 PMS 反应产生・SO₄⁻和・OH，将 NFX 氧化分解为无害产物。

5. 良好的稳定性和循环性能

纤维素 @g-C₃N₄@ZIF-67 复合膜具有良好的稳定性和循环性能。经过 7 次循环使用后，对诺氟沙星的降解效率仍能保持在 89.8%。FTIR 光谱和 XRD 图谱显示，使用前后复合膜的结构基本保持稳定，尽管部分 ZIF-67 特征峰有所变化，但整体稳定性良好，这为其在实际废水处理中的长期应用提供了有力保障。

本研究通过一步法构建了纤维素 @g-C₃N₄@ZIF-67 静电纺非织造膜，并探究了其在 PMS 存在下的光催化性能。g-C₃N₄和 ZIF-67 之间形成的异质结拓宽了 ZIF-67 的光吸收波长范围，产生了更多的光生载流子，从而提高了光降解性能。同时，具有微观三维结构和众多分级孔隙的静电纺膜能够更快地将 PMS 富集到活性位点，加速了氧化还原反应，并通过・SO₄⁻促进了诺氟沙星的降解。此外，纤维素上大量的 - OH 基团有利于通过氢键固定 g-C₃N₄，并促进 ZIF-67 的原位生长，降低了纳米颗粒的泄漏风险。使用后钴的浸出浓度仅为 0.093mg/L。

制备的纤维素 @g-C₃N₄@ZIF-67 非织造膜对诺氟沙星、四环素和刚果红表现出高效且无选择性的 PMS 光降解效率。研究发现・SO₄⁻是光降解过程中的主要活性物种。此外，该膜还表现出优异的稳定性和循环性能，在未来的废水处理中显示出很高的应用潜力。

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文章来源：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123508