基于水通道蛋白的水处理仿生膜研究进展

2018年第37卷第3期CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS·1037·化工进展基于水通道蛋白的水处理仿生膜研究进展顾正阳1，龚超1，杨望臻1，于水利1，姚启翰2（1同济大学环境科学与工程学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092；2湖南大学土木工程学院市政工程系，湖南长沙410082）摘要：膜分离技术目前已广泛应用于饮用水净化、污废水处理和海水淡化等各领域。传统的膜分离技术普遍存在水通量低和污染物截留率低等缺陷，而水通道蛋白（AQP）由于对水分子具有极高的选择渗透性，因此将水通道蛋白嵌入到传统的水处理膜中，可使制得的仿生膜发挥水通道蛋白的优势而具有更高的水通量及脱盐率。通过对近年来水通道蛋白仿生膜的相关研究进行归纳，介绍了水通道蛋白的分子结构和特异性透过功能，对各类仿生膜的制备方法及膜处理性能进行了总结和比较。最后，指出当前仿生膜技术存在机械强度差、化学性质不稳定及膜制备面积小等缺陷，并提出今后在提高仿生膜上AQP分子稳定性的同时应开发新型的膜制备技术和水通道材料，为制备高性能的仿生膜提供新的思路。关键词：水通道蛋白；仿生膜；水通量；过滤；制备；脱盐中图分类号：TQ028.8；Q811.7文献标志码：A文章编号：1000–6613（2018）03–1037–10DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1038RecentprogressonAQPbasedbiomimeticmembranesforwatertreatmentGUZhengyang1，GONGChao1，YANGWangzhen1，YUShuili1，YAOQihan2（1StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,CollegeofEnvironmentalScience&Engineering,TongjiUniversity，Shanghai200092，China；2DepartmentofMunicipalEngineering，CollegeofCivilEngineering，HunanUnivisity，Changsha410082，Hunan，China）Abstract：Membraneseparationtechnologieshavebeenwidelyappliedindrinkingwaterpurification，wastewatertreatment，seawaterdesalination，andmanyotherfields.Traditionalmembranetechnologies，suchasreverseosmosis（RO）andultrafiltration（UF），havegainedrapiddevelopmentbutarestilllimitedduetotheirlowwaterfluxorlowsaltrejectionrate.Aquaporin（AQP），onekindofproteinvastlyexistedincellmembranes，hasspecial“waterchannels”whichonlyallowwatermoleculestopassthroughbutrejectalltheothermoleculesandions.Thus，whenincorporatingAQPsintotraditionalmembranes，theproducedbiomimeticmembranescouldexertAQP’ssuperioritiesandobtainthepropertiesofenhancedwaterfluxanddesalinationrate.Thispaperintroducedthestructureandfastwatertransportmechanismofaquaporins，thengeneralizeddifferentAQPbasedbiomimeticmembranepreparationmethodsandcomparedtheperformanceimprovementsofthesemembranes.Limitationsofcurrentbiomimeticmembraneswerealsoaddressed，suchasdifficultytoscaleupandinstabilityunderextremeconditions.Finally，ideasofdevelopingnewAQPloadingtechniquesandfabricatingnew“waterchann