哈尔滨工业大学化工与化学学院邵路教授入选国家级高层次人才(特聘教授)、英国皇家化学会会士(FRSC)、国家重点研发国合项目负责人,任npj Clean Water ( Nature 合作期刊)副主编、Journal of Membrane Science编委、中国化工学会分子辨识分离工程专委会委员等职。邵路教授在高通量低碳环保分离膜方向进行了二十余年系统研究,研究团队2023年在碳捕集膜、纳滤膜、多孔膜改性方向主要成果包括Science (1篇,唯一通讯)、Nature Communications (2篇)、Science Advances (1篇)、Angewandte Chemie International Edition (2篇)、Advanced Materials (1篇)、Engineering(2篇)、Science Bulletin(1篇)等。
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1、Science:《冰限域合成高度离子化三维准层状聚酰胺纳滤膜》(Ice-confined synthesis of highly ionized 3D-quasilayered polyamide nanofiltration membranes)
传统的聚酰胺(PA)纳滤膜选择层在多孔载体上通过界面聚合(IP)形成。由于在界面聚合形成PA过程中,有机胺和酰氯的聚合反应速率比胺在有机相溶液中的扩散速率快,这种不受控制的扩散和快速聚合形成了具有多尺度、孔径不均一的PA选择层,因此,通过传统扩散主导的界面聚合难以实现理想的纳滤膜结构。
原文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi9531
邵路教授团队在该工作中率先提出多酚分子焊接策略完美结合了有机聚合物和无机多孔材料的优势,实现对聚合物链、金属有机框架结构以及两相界面的精准调控。多酚的特殊粘附性导致自具微孔聚合物链的僵化以及堆积密度的增加,提高其筛分能力;中空的金属有机框架结构减少其传质阻力,改善气体渗透性。不同的结构特点互相协同,打破传统聚合物材料中气体渗透性与选择性此消彼长的限制。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-37479-9
海上原油泄漏和工业含油废液排放对生态系统和人类健康构成巨大威胁,严重破坏全球水-食物-能源链条。合成制备超亲水和水下超疏油高性能分离材料是实现油水分离的有效策略,已在含油废水处理中得到应用。其分离原理是,依靠材料的超亲水性,让水可以顺利通过材料内部的孔隙结构,在材料表面形成水化层,以阻止油的通过。微孔和高比表面积所产生的毛细力可产生破乳作用,有利于乳液与水分离。然而,现有亲水改性方法虽能赋予分离膜一定程度的抗污染性能,但依然无法实现抗高粘性原油和原油水乳液的高效分离。其根本原因在于,传统的“被动抗污染”机理难以实现膜表面厚实稳定的水合层以及在油分子与膜表面没有足够的空间位阻,不足以产生抵御高粘性原油污染的能力。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-38419-3
水资源短缺是危及人类社会安全、制约可持续发展的世界性难题。开发出高效水处理用分离膜材料是缓解这一重大危机的关键性举措之一。二维材料氧化石墨烯(GO)组装形成的分离膜具备区别于传统分离膜的高效传质/分离通道结构,有望突破目前的分离膜渗透选择性上限,是构筑新一代高性能分离膜的理想材料。然而,氧化石墨烯膜较差的离子选择性和水中稳定性一直是制约其走向实际应用的关键性难题。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302931
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202315607
原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202306626
通过构造聚乳酸和聚氧化乙烯水凝胶的交联结构,并控制静电纺丝参数并设计非对称膜结构,得到了高渗透通量、高分离效率且可生物降解的超亲水聚乳酸纳米纤维膜。聚氧化乙烯水凝胶的使用使膜表面与水分子之间形成的氢键数量增加了357.6 %,这将聚乳酸基疏水膜转化为超亲水膜,防止了膜污染并加速了乳化液通过膜的渗透。该研究中所提出的新策略为聚合物油水分离膜的制备提供新思路,具有广阔的应用前景。在分离性能上,所制备的超疏水纳米纤维膜对含有表面活性剂的水包正辛烷乳液有着优异的分离性能。其中,H-PLA-AS膜对于水包正辛烷乳液分离的渗透通量为2.1×104 L?m-2?h-1?bar-1,分离效率高于99.6%,明显优于大多数现有的油水分离膜。并且,该膜在水溶液中能够形成大量氢键,将蛋白酶K存在下的生物降解速率有效提高30%以上,推动了膜分离技术在应用中的高效化和绿色化发展。
原文链接:ttps://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh8195
9、Engineering:《用于离子分离的Janus带电结构的单价阳离子交换膜》(Monovalent Cation Exchange Membranes with Janus Charged Structure for Ion Separation)
原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809922000133
工业排放的含有多价金属离子和有毒染料的酸性废水对生态系统和公众健康构成了严重的威胁。高效、环保、可持续净化的纳滤技术由于其合适的孔径(0.5 nm 到 2 nm)被认为是处理酸性废水的理想技术。其中聚氨酯基(PU)材料由于其相对惰性的结构特征和较高的氢键度,表现出良好的耐溶剂性、机械和化学稳定性,在耐酸纳滤方面表现出良好的前景。然而,在传统界面聚合方法制备聚氨酯选择层的过程中,由于剧烈的缩合反应速率选择层孔径分布不均匀;此外,异氰酸酯容易与水相体系发生副反应,产生小分子胺和二氧化碳破坏选择层完整性。因此需要更长的反应时间和更厚的选择层以实现精确的筛分作用,从而导致了通量和筛分效果之间不可避免的“trade-off” 难题。
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- 浙江大学周珠贤团队《Adv. Mater.》:高通量筛选表面工程化花菁染料纳米点实现治疗性抗体实体瘤内的主动递送 2023-07-13
- 四川大学塑料高性能化加工与装备课题组 Macromolecules:同步辐射高通量在线表征工业级注塑加工中高分子结晶 2023-06-07
- 浙大徐志康/张超/杨皓程团队 Nat. Commun.: 离子液体介导界面聚合连续调控聚酰胺纳滤膜的表面荷电性 2024-03-18
- 郑州大学许群/崔鑫炜、阿尔伯塔大学曾宏波 Nat. Commun.:分子限域传输新现象 2023-10-26
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