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哈工大邵路教授團隊 PNAS:鰲合導向界面礦化制備原位自清潔膜
2024-03-06  來源:高分子科技

  壓力驅動膜分離有望實現低碳水處理和可持續的能源-水系統。然而,傳統的膜工藝受到普遍存在的膜污染以及隨之而來的高成本高耗能的清洗再生局限性。集成活性納米催化材料的自清潔抗污染膜將會給這一領域帶來突破。然而常規制備條件較為苛刻,而且沉積的涂層容易堵塞膜孔降低膜滲透通量。因此如何溫和可控地在膜表界面構筑具有催化自清潔功能的超薄納米涂層面臨巨大挑戰。



  針對上述難題,邵路教授團隊提出了螯合導向界面礦化策略,利用金屬-多酚離子交聯網絡中的鰲合作用去錨定和溫和介導礦物前驅體的可控礦化生長,在惰性聚合物膜界面構建具有催化自清潔功能的超薄納米涂層。相關研究成果以鰲合導向界面工程制備原位自清潔膜Chelation-directed interface engineering of in-place self-cleaning membranes)為題發表在Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS)上。 


1、鰲合導向界面礦化改性膜的掃描電鏡圖、EDS掃描圖和TEM


  該工作設計了一種金屬多酚網絡螯合介導的氧化錳礦化用于制備超親水催化自清潔膜。膜界面的高度極化礦化納米涂層表現出超低的原油粘附力、可循環的水包油乳液分離性能和高效的原位自清潔能力。與對照組改性膜和簡單的水力清潔相比,納米礦化改性膜在原位催化自清潔再生性能方面表現出極大的提升。自清潔膜的通量恢復率和油截留率均超過99.9%。通過密度泛函理論計算和多重波函數分析揭示了特征性多酚結構的離子鰲合作用方式及相對強度,表現為圍繞缺電子Mn核的富電子鈴鐺形結構。優化后的礦化改性膜能夠承受苛刻的酸堿鹽處理,有望處理各種復雜的油水溶液體系,而且在材料科學、催化、生物醫學等領域有廣闊的應用前景。 


2、多酚側基與離子鰲合作用的密度泛函理論計算和多重波函數分析圖


  哈工大為論文第一通訊單位,哈工大化工與化學學院楊曉彬副教授為論文唯一第一作者。該研究工作獲國家自然科學基金、黑龍江省頭雁團隊原創探索基金、中國博士后創新人才支持計劃等資助。


  邵路教授為國家高層次人才(特聘教授)、英國皇家化學會會士、黑龍江省杰出青年科學基金獲得者、中國化工學會分子辨識分離工程專委會委員,任領域內國際權威期刊副主編(npj Clean Water)、編委(Journal of Membrane Science, Advanced Membranes)、顧問編委(ACS ES&T Engineering)等職務,連續入選中國高被引學者等榜單。


  相關論文鏈接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319390121 


  邵路教授主頁:http://homepage.hit.edu.cn/shaolu?lang=zh 

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(責任編輯:xu)
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