石化、制药等行业产生的含盐废水中，苯酚等芳香族有机物兼具环境危害与资源价值。如何从盐分与多种污染物共存的复杂体系中选择性回收这些物质，同时兼顾传质效率和材料耐用性，是工业废水资源化的重要挑战。
近日，武汉大学陈朝吉教授团队将天然木材与超薄聚二甲基硅氧烷（PDMS）选择层非对称集成，构筑软门控Janus木膜。该设计将木材的分子吸附功能、天然孔道和结构强度共同纳入膜分离过程，通过木材捕获、界面缔合与PDMS选择性扩散的衔接，在常温常压下实现芳香族有机物的快速传输与高效盐分截留，为含盐工业废水中的有价资源回收提供新的材料设计思路。
2026年11月1日，相关研究成果以“A Sustainable, Robust, Soft-Gated Janus Bio-Membrane for High-Flux Aromatic Recovery from Saline Industrial Wastewaters”为题发表在《Advanced Materials》上。武汉大学为论文第一完成单位，陈朝吉教授为通讯作者。武汉大学资源与环境科学学院博士后陈露、2025级博士研究生毕婷婷与华中农业大学副教授陈畅为共同第一作者。
图1 Janus木膜的设计思路与芳香族有机物传输路径
团队以天然松木为基底，通过单侧静电喷涂与热交联，在木材一侧构筑厚度为0.6-3 μm的超薄PDMS选择层。结构表征显示，聚合物涂层与木材表面紧密结合，同时保留内部天然分级孔道，形成木材侧亲水、PDMS侧疏水且易被苯酚润湿的Janus结构。天然孔道为分子迁移提供低阻力通路，木材骨架提供力学承载与吸附环境，超薄PDMS层则承担选择性传输。三者在同一架构中结合，使支撑材料的化学功能与结构优势共同服务于膜分离。该构筑方法还可拓展至椴木等不同孔隙结构的多种木材基底。
图2 Janus木基膜的制备、微观结构与表面性质
在液–液膜萃取体系中，Janus木膜的苯酚总体传质系数达36.9 × 10-7 m s-1，为商业硅橡胶膜的10倍以上，同时实现99.4%的NaCl截留率，并可选择性分离回收苯胺和对苯二酚。在成分复杂的兰州石化工业废水和天津海上油田废水中，苯酚总体传质系数仍保持在36.7–37.8 × 10-7 m s-1，NaCl截留率超过99%，体现了对复杂水质的适用性。该膜经20次萃取循环保持稳定分离性能，运行后湿态纵向拉伸强度约为57 MPa。连续静电喷涂制备的米级膜片在十个分布位置表现出一致的分离性能，体现了快速传质、机械耐用性与放大制备的结合。对十次膜实验收集的10 L酚类接收液进行萃取与旋转蒸发，可将其中82.05%的苯酚回收至富苯酚残余物中，展示了从复杂废水选择性分离到后续资源回收的应用潜力。
图3 Janus木膜的分离性能与真实工业废水验证
原位红外光谱、自由体积分析与分子模拟共同支持苯酚经羟基介导的捕获、界面缔合及PDMS扩散的传输路径。模拟显示，苯酚在木材-PDMS界面优先缔合后仍能继续迁移，其结合与迁移特征与实验中较高的总体传质系数相吻合。吸附-释放测试显示，高负载使归一化释放的特征时间缩短约34%，水洗并重新低负载后基本恢复，纯木材对照呈现相近响应。这些结果支持木材的负载响应吸附-释放功能与选择性PDMS扩散相耦合，构成衔接分子捕获与后续传递的软门控传输路径。
图4 Janus木膜中芳香有机物的传输行为与选择性分离机制
生命周期评估显示，相较已报道的PDMS复合膜，Janus木膜制备阶段的大多数环境影响指标降低超过85%，延长使用寿命可进一步减少膜更换带来的环境负荷。全国尺度情景模拟预测，在设定的360天膜使用寿命下，相较生物处理的年度减排潜力超过4.26万吨CO2当量，展现了该膜材料用于含盐工业废水中芳香族有机物低碳分离与资源回收的潜在环境优势。
这项研究将天然木材的分子捕获与结构承载功能融入选择性膜设计，兼顾快速传质、盐分截留和机械耐用性，并通过真实废水、米级制备及后续苯酚回收验证，为可再生材料用于工业废水资源化提供了新的设计思路与应用依据。
论文链接https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.75488
作者介绍：
第一作者：陈露，武汉大学资源与环境科学学院弘毅博士后，主要从事生物质资源利用与环境水处理应用研究。以第一/通讯作者（含同等贡献）在Nature Reviews Materials、Nature Communications、The Innovation、Advanced Materials、Matter、ACS Nano等学术期刊上发表SCI论文10篇，总引用2200余次，H因子21。主持国家博士后创新人才支持计划（博新计划）、国家自然科学基金青年科学基金项目C类、中国博士后科学基金面上资助及湖北省博士后尖端人才引进项目等国家级及省部级项目4项。担任Nano Materials Science、Materials Futures、Engineering Biomass等期刊青年编委。
通讯作者：陈朝吉，武汉大学资源与环境科学学院教授、博士生导师。2015年博士毕业于华中科技大学，2015-2021年分别于华中科技大学与马里兰大学帕克分校从事博士后研究，并于2021年5月加入武汉大学资环学院组建X-Biomass课题组。从事生物质材料结构重构与增值利用研究，致力于以天然材料解决可持续发展面临的材料-环境-能源挑战。以第一/通讯作者（含同等贡献）在Nature/Science (3篇)及其子刊 (20余篇)等学术期刊发表SCI论文100余篇，总引用48,000余次，H因子115。获科睿唯安“全球高被引科学家”、麻省理工科技评论亚太区“35岁以下科技创新35人”、“美国化学会金发青年学者奖”、“中国化学会纤维素专业委员会青年学者奖”、“Advanced Science青年科学家创新奖”、“国际材料联合会前沿材料青年科学家奖”、阿里巴巴达摩院“青橙优秀入围奖”等荣誉。担任The Innovation Materials学术编辑，National Science Review、The Innovation、Science Bulletin、Research、Engineering Biomass、Biomass Utilization、SusMat等杂志编委/青年编委，以及中国化学会纤维素专业委员会委员。
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一、课题组简介：
武汉大学生物质工程与可持续利用实验室（X-BIOMASS LAB）成立于2021年，实验室面向“双碳”、“禁塑令”、“循环经济”等国家战略，结合绿色加工策略、高附加值利用技术以及综合环境评估手段，探讨“合成改性过程-结构-性质-功能”之间的构效关系及优化路径，指导开发一系列生物质基低碳功能材料与产品并综合评估其环境影响，以期实现生物质资源，特别是农林废弃物资源的资源化及高值化利用。课题组近五年在Nature Chemistry、Nature Water、Nature Reviews Materials（2篇）、Chemical Reviews（2篇）、Chemical Society Reviews、Science Advances、Nature Communications（9篇）、National Science Review（2篇）、The Innovation（2篇）、Advanced Materials（12篇）、Angewandte Chemie、Matter（2篇）、Energy & Environmental Science、Science Bulletin（3篇）、ACS Nano（7篇）、Advanced Functional Materials（11篇）等环境、化学、材料、能源领域高水平期刊发表论文70余篇。
二、课题组研究方向：
目前课题组主要围绕生物质材料结构重构及资源化利用，有以下三个核心方向：
1）生物质基低碳功能材料（生物塑料/轻质高强结构材料/软物质凝胶）；
2）环境污染物治理及资源化（微塑料等新型污染物治理/废弃物资源化处置及升级利用）；
3）二次离子电池材料及器件的可持续解决方案（生物质基电解质/隔膜/粘结剂/环境影响评估等）。
三、招生要求：
1）电化学与储能、高分子化学、环境、理论计算模拟、生命周期评估等相关学科均可；
2）对本课题组的研究方向及课题有浓厚的兴趣，愿意一起探索；
3）勤奋踏实，责任心强，具有良好的学术道德和严谨的科学态度，身心健康，对学术有追求和钻研精神，有团队合作精神。
四、联系方式：
有意者请将个人简历（含教育背景、科研经历、论文/专利列表等）发送至邮箱chenchaojili@whu.edu.cn
更多信息详见课题组主页：https://biomass.whu.edu.cn/index.htm
