近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在Cell Press旗下期刊 Matter发表题为 “Biocatalytic nanomotor-assisted ultrafiltration membrane system for selective removal and transformation of phenolic contaminants”的研究论文。该研究提出并构建了一种集污染物识别、酶催化转化和膜分离于一体的生物催化纳米马达–超滤膜耦合系统，实现水中酚类污染物的高效去除与转化。

酚类化合物作为一类重要的环境有机污染物，广泛存在于染料、塑料、医药以及化工废水中，是内分泌干扰物质（EDCs）以及抗生素的关键组分，其生物蓄积毒性和环境持久性对人体健康和生态环境构成显著风险。然而，现有常规水处理技术常受限于去除选择性差、化学投入/能耗高、易受天然有机物NOM干扰等问题。针对上述挑战，研究团队采用生物矿化策略，将辣根过氧化物酶（HRP）和过氧化氢酶（CAT）共封装于ZIF-8金属有机框架（MOFs）纳米材料中，成功构建兼具催化活性与自驱动能力的纳米马达（enzyme@MOFtors）。该纳米马达在低浓度过氧化氢环境下可自主运动，并通过其纳米多孔结构和疏水微环境主动富集水中疏水性酚类污染物（XLogP > 2）。污染物在HRP酶的催化下发生氧化偶联/聚合反应，转化为高分子量疏水产物并附着于纳米马达表面，进而被低压超滤膜高效截留，实现对污染物的“识别–转化–分离”协同净化。实验结果表明，该系统对多种酚类污染物（如BPA、2,6-二甲基苯酚等）去除率高达99.5%。同时，ZIF-8框架的尺寸排阻效应有效屏蔽了天然有机物和蛋白酶的干扰，显著提升了系统在复杂环境条件下（如：重金属离子、温度变化等）的选择性与酶稳定性。该研究基于晶态多孔材料的酶固定化策略，实现污染物“富集—转化—分离”协同净化过程，推动了生物催化剂面向水处理应用的复合化与功能集成的发展，深化了酶诱导污染物转化机制的理论认识，为污染物的高选择性去除与资源化利用提供了新途径。

图. “酶催化–超滤”耦合系统对水中酚类污染物高效降解与转化机制示意图

本研究工作获得了国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助，并得到了合肥国家同步辐射实验室和上海同步辐射光源的技术支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102216