背景：饮用水中的细菌污染是一个全球性的健康问题，需要开发高效的处理技术。阴离子交换树脂（AER）在水处理方面有着悠久的历史，并且通过吸附能力有效地去除阴离子污染物。然而，传统的AER在消除细菌污染方面无效，如潜在的病原体、细胞外DNA（eDNA）和抗生素抗性基因（ARG）。 因此，开发一种能够同时去除化学和细菌污染的新型AER对其在POU水净化中的应用具有重要意义。

主要结果：该研究采用两步季铵化的方法，开发了一种新型AER（AER_6-1），这是通过在树脂外部预加载具有己基链（−C₆-N⁺−）的季铵基团（QAG），并在树脂孔内连续接枝具有甲基链（−C₁-N⁺−）的QAG来实现的。红外和拉曼光谱的结果证实了AER_6-1完成季铵化。

图1.AER6-1的合成优化和表征

异养菌平板计数与qRT-PCR结果显示，AER_6-1对实际饮用水中总菌、潜在病原体（大肠杆菌、铜绿假单胞菌）、eDNA和抗生素耐药基因（mexF、mexB、bacA）的去除效果优于其他商用AER和UV-LED消毒。

图2.去除细菌污染物的性能

比较不同树脂的eDNA吸附动力学，结果表明丙烯酸树脂骨架比苯乙烯树脂骨架能有效吸附水中的eDNA，其中AER_6-1的吸附速率常数（k2）最高，分别是AER₁和IRA-4200树脂的11.5倍和111.3倍。此外，接枝QAGs进一步提高了AER_6-1对eDNA的吸附能力。因此，树脂骨架和QAGs的协同作用决定了AER_6-1对eDNA的去除率。同时，颗粒内扩散模型结果表明接枝−C₆-N⁺−改变了树脂的表面性质，加速了外部传质过程，接枝−C₆-N⁺−在树脂外部吸附eDNA方面比−C₁-N⁺−更有效。

图3.AERs在eDNA上的吸附特性

主要结论：本研究开发的AER_6-1具有高效、全面的去除饮用水中细菌和阴离子污染物的能力。首先，在树脂外表面接枝−C₆-N⁺−可导致细菌细胞膜裂解，并通过疏水相互作用提高树脂对eDNA的吸附动力学。其次，AER_6-1可以通过静电吸附，氢键，疏水作用等多种机制提高对eDNA的吸附能力。这项研究拓宽了AERs的应用范围，并提出了一种同时去除饮用水中细菌和阴离子污染物的有效方法。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.4c03630