3D打印多层光催化膜降解环丙沙星：一种解决水体抗生素污染的新型材料技术

针对水体中持久性抗生素污染物（如环丙沙星CIP）难以降解的问题，研究人员通过直接墨水书写（DIW）3D打印技术结合盐浸法，开发了基于PVDF-HFP/TiO2的多层光催化膜。该膜在UV照射下250分钟内可降解45%的CIP，兼具机械稳定性和30 μm孔径的互通孔隙结构，为水处理提供了可定制化、环保的新型解决方案。

　　

论文解读

水体污染已成为全球性生态挑战，其中抗生素类持久性污染物（如环丙沙星CIP）因常规污水处理工艺（WWTP）难以去除，不仅威胁生态系统，还加剧细菌耐药性。传统光催化纳米材料（如TiO₂）虽高效，但存在回收困难、二次污染等问题。为此，研究人员提出将纳米催化剂固定于聚合物基质的创新思路，但传统膜制备技术（如溶剂浇铸）难以实现多功能分层结构。

为解决这一难题，国外研究团队在《Applied Materials Today》发表研究，通过融合直接墨水书写（DIW）3D打印与盐浸法，首次制备出PVDF-HFP/TiO₂双层光催化膜。该技术通过调控墨水流变性和打印参数，实现0.5 mm/层的精确堆叠，形成兼具催化活性（含TiO₂层）和支撑功能（纯PVDF-HFP层）的1 mm厚膜。

关键技术方法
研究采用DIW技术逐层打印PVDF-HFP/DMF/NaCl混合墨水，通过盐浸法形成30 μm互通孔隙；利用TEM和XRD验证TiO₂纳米颗粒（21 nm）的晶体结构；通过SEM-EDX确认双层界面融合及元素分布；UV光催化实验以CIP（初始浓度100 μg/L）为靶标，评估降解效率。

研究结果

1. 材料表征：SEM显示膜具有均匀孔隙（30 μm）和良好层间结合，EDX证实TiO₂仅分布于功能层。
2. 光催化性能：UV照射250分钟后，CIP降解率达45%，且膜可重复使用无结构损伤。
3. 机械稳定性：双层设计使膜抗拉强度提升20%，优于单层结构。

结论与意义
该研究开创性地将DIW 3D打印应用于多层光催化膜制造，突破传统工艺的局限性：

• 功能集成：通过分层设计实现催化与支撑功能的协同；
• 环保优势：避免纳米颗粒泄漏，降低二次污染风险；
• 可扩展性：为定制化水处理材料提供新范式。

研究团队（Dinis? C? Alves等）强调，此技术可扩展至其他污染物（如农药、内分泌干扰物）的降解，未来通过优化墨水配方（如掺杂WO₃或Fe₂O₃）或孔隙结构，有望进一步提升效率。这一成果为应对全球水危机提供了兼具科学创新与工程实用价值的解决方案。