氧化调控策略在金属膜藻类污染控制中的双效机制：MnO2 介导的自保护层构建与可持续水处理新范式

　　本研究针对金属膜超滤(UF)系统中藻类污染(Biofouling)控制的难题，系统比较了KMnO4 与NaClO预氧化的差异化效应。通过多尺度表征与机理建模，揭示KMnO4 通过形成MnO2 -有机复合层实现双重氧化-混凝功能，显著降低不可逆污染阻力(Rir )，为藻类富集水体的可持续处理提供了创新解决方案。

　　

在饮用水处理和废水回用领域，超滤(UF)膜技术因其卓越的微生物截留能力被广泛应用。然而，藻类及其代谢产物引发的生物污染(Biofouling)问题始终是制约性能的关键瓶颈。尤其对于耐腐蚀金属膜而言，氧化剂与藻类的相互作用会显著改变污染动力学。传统预氧化剂如次氯酸钠(NaClO)虽能有效灭活藻类，但存在诱导细胞裂解、释放难降解小分子有机物(<3?kDa)的风险，反而加剧膜孔不可逆堵塞。更棘手的是，有机聚合物膜材料易受氧化剂腐蚀，而金属膜虽具备化学稳定性，却缺乏针对其特性的污染控制策略。

针对这一挑战，同济大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表论文，首次系统揭示了高锰酸钾(KMnO₄
)在金属膜藻类污染控制中的独特优势。研究通过整合三维荧光光谱、扫描电镜(SEM)、流式细胞术等多维表征手段，结合污染机理建模，阐明了KMnO₄
与NaClO对藻细胞命运（裂解vs.封装）的差异化调控机制及其对金属膜污染行为的影响规律。

关键技术方法包括：采用标准BG-11培养基培养微囊藻(FACHB-524)；通过3D-EEM荧光光谱解析有机物转化特征；利用SEM-EDS观察膜表面形貌与元素分布；结合Hermia模型量化污染机制转变；采用流式细胞术评估细胞完整性。

【Specific flux variation and relative fouling values during metallic membrane operation】
研究发现，低剂量KMnO₄
(0.01–0.05?mmol/L)能选择性降解游离有机物而不破坏藻细胞，形成的MnO₂
-有机复合层使不可逆污染阻力(R_ir
)降至0.12，显著低于NaClO组的0.31。高剂量KMnO₄
(0.05–2?mmol/L)则通过可控氧化将胞内有机物封装为多孔MnO₂
滤饼层，通量恢复率>95%。

【Conclusion】
研究证实KMnO₄
通过双重功能实现革命性突破：低剂量时发挥"分子剪刀"作用精准去除游离有机物；高剂量时转化为"微反应器"构建自保护层。其形成的MnO₂
不仅增强污染层可逆性，还能保护金属膜免受氧化侵蚀。相比之下，NaClO引发的剂量依赖性细胞裂解会释放顽固性有机物，使R_ir
最高达0.40。

该研究开创性地建立了氧化剂-藻细胞-金属膜三者互作的理论框架，提出的MnO₂
介导自保护层策略，为兼顾处理效能与膜寿命的氧化调控提供了新范式。成果对高藻水体处理工艺优化、金属膜技术推广应用具有重要指导价值，也为开发智能抗污染膜材料提供了理论依据。