消毒是循环水系统中的关键处理步骤，其主要目的是控制细菌和藻类等微生物污染，抑制生物粘液的形成和微生物引起的腐蚀，从而确保水质稳定和系统运行效率。生物污染是循环冷却水系统中的主要污染物之一。生物污染形成的关键阶段是生物膜的发展。生物膜由单一或多种细菌、宿主细胞及其代谢产物组成，这些成分不可逆地附着在基底上，并被细菌产生的胞外聚合物包围[1]、[2]、[3]。氯化消毒是最常用的生物污染控制方法之一，通常使用次氯酸钠（NaClO）和氯气（Cl₂）等含氯消毒剂。然而，氯化消毒去除生物膜的能力较弱，长期使用还会导致强烈的腐蚀性，容易损坏管道和设备。此外，在有机物存在的情况下，它会生成具有生殖毒性、遗传毒性和神经毒性的有害消毒副产物（Cl-DBPs），对环境和人类健康构成潜在风险[4]、[5]、[6]、[7]。为了解决这一问题，开发低毒性、环保且具有显著杀菌和抗生物膜性能的消毒剂已成为研究热点。
纳米材料因其独特的物理化学性质（如高表面积与体积比）而成为有前景的抗菌剂，这些性质可以增强细胞接触、延长生物利用度和半衰期，并降低细胞毒性[8]。在众多用于制备绿色纳米抗菌剂的材料中，天然聚合物因其环保性和生物相容性而占据主导地位，壳聚糖（CS）就是一个典型例子[9]、[10]、[11]。壳聚糖是一种线性多糖，由D-葡糖胺和N-乙酰葡糖胺单元通过β-(1-4)糖苷键连接而成。它通过与细菌细胞膜上的负电荷基团发生静电相互作用而发挥固有的抗菌作用[12]。然而，壳聚糖在中性和碱性环境中的溶解度较低，对革兰氏阴性菌的抑制效果有限[13]，这限制了其在水处理中的实际应用。季铵化合物（QACs）是一类重要的非氧化型杀菌剂，具有优异的水溶性、可控的阳离子浓度和分子量、高抗菌效率以及低毒性。QACs的抗菌机制主要涉及阳离子与微生物细胞膜负电荷成分之间的相互作用，从而穿透细胞膜，导致蛋白质变性、渗透压失衡和细胞裂解[14]、[15]、[16]、[17]。季铵化壳聚糖衍生物（如HACC和TMC）属于QAC类别。这些阳离子衍生物是通过在壳聚糖分子链的氨基或羟基位点化学接枝季铵基团制备得到的。这一过程保留了壳聚糖的天然聚合物特性和生物相容性，同时赋予了其典型的季铵阳离子特性。季铵化改性提高了壳聚糖季铵盐的溶解度，使其在中性和微碱性条件下能够稳定溶解，克服了壳聚糖仅能在酸性溶液中溶解的局限性。此外，这种改性还增强了壳聚糖季铵盐的细菌吸附能力和抗菌活性[18]、[19]、[20]、[21]。
然而，单一的壳聚糖或壳聚糖季铵盐存在杀菌速率慢和对某些耐药菌效果有限的缺点[22]。因此，在同一纳米颗粒中同时负载多种抗菌剂是一种有效的策略，以应对抗菌耐药性和与生物膜相关的抗菌耐受性，其中银基抗菌剂是最常用的负载剂[23]、[24]、[25]、[26]。例如，张等人[27]合成了同时负载银和季铵盐（QAS）的中孔二氧化硅纳米颗粒（MSN），用于协同治疗癌症和细菌感染；Abu Elella等人[28]使用季铵化壳聚糖和硝酸银制备了TMC/Ag纳米复合材料，显示出优异的抗菌效果。然而，Ag⁺的环境持久性、生物累积性和广谱毒性对水生环境、土壤生态系统、微生物群落和非目标生物构成了多方面的危害[29]、[30]。
生物表面活性剂是由微生物产生的表面活性化合物，近年来作为潜在的下一代抗菌剂受到了广泛关注[31]。鼠李糖脂（RL）是由铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）产生的糖脂类生物表面活性剂。其亲水部分由一个或两个L-鼠李糖分子通过糖苷键与含有一个或两个β-羟基脂肪酸的疏水部分连接而成[32]、[33]。由于RL的两亲性，其酰基尾部可以插入微生物脂质膜中，引起结构改变并增加膜通透性，最终导致细胞膜破裂和裂解，从而表现出抗菌和抗生物膜作用[34]。基于这一特性，RL被用作金属氧化物纳米颗粒绿色合成中的稳定剂和封端剂，通过与纳米颗粒的协同作用增强抗菌性能[35]、[36]。此外，RL具有低毒性、无刺激性和可生物降解性[37]，与季铵壳聚糖盐结合使用时表现出协同杀菌效果。另外，生物表面活性剂在工业供水系统中也显示出有效性，同时保护表面免受微生物引起的腐蚀或污染[38]。
基于此，本研究制备了壳聚糖季铵盐/鼠李糖脂复合纳米颗粒（HACC/RL-NPs），系统研究了它们的物理化学性质以及抗菌和抗生物污染性能，并将其与传统的含氯消毒剂（NaClO）进行了比较，旨在开发一种新型、高效、低毒性和环保的消毒材料，为循环水系统等场景中的生物污染控制提供新的解决方案。
