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哈工大邵路教授团队 PNAS:鳌合导向界面矿化制备原位自清洁膜
2024-03-06  来源:高分子科技

  压力驱动膜分离有望实现低碳水处理和可持续的能源-水系统。然而,传统的膜工艺受到普遍存在的膜污染以及随之而来的高成本高耗能的清洗再生局限性。集成活性纳米催化材料的自清洁抗污染膜将会给这一领域带来突破。然而常规制备条件较为苛刻,而且沉积的涂层容易堵塞膜孔降低膜渗透通量。因此如何温和可控地在膜表界面构筑具有催化自清洁功能的超薄纳米涂层面临巨大挑战。



  针对上述难题,邵路教授团队提出了螯合导向界面矿化策略,利用金属-多酚离子交联网络中的鳌合作用去锚定和温和介导矿物前驱体的可控矿化生长,在惰性聚合物膜界面构建具有催化自清洁功能的超薄纳米涂层。相关研究成果以鳌合导向界面工程制备原位自清洁膜Chelation-directed interface engineering of in-place self-cleaning membranes)为题发表在Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS)上。 


1、鳌合导向界面矿化改性膜的扫描电镜图、EDS扫描图和TEM


  该工作设计了一种金属多酚网络螯合介导的氧化锰矿化用于制备超亲水催化自清洁膜。膜界面的高度极化矿化纳米涂层表现出超低的原油粘附力、可循环的水包油乳液分离性能和高效的原位自清洁能力。与对照组改性膜和简单的水力清洁相比,纳米矿化改性膜在原位催化自清洁再生性能方面表现出极大的提升。自清洁膜的通量恢复率和油截留率均超过99.9%。通过密度泛函理论计算和多重波函数分析揭示了特征性多酚结构的离子鳌合作用方式及相对强度,表现为围绕缺电子Mn核的富电子铃铛形结构。优化后的矿化改性膜能够承受苛刻的酸碱盐处理,有望处理各种复杂的油水溶液体系,而且在材料科学、催化、生物医学等领域有广阔的应用前景。 


2、多酚侧基与离子鳌合作用的密度泛函理论计算和多重波函数分析图


  哈工大为论文第一通讯单位,哈工大化工与化学学院杨晓彬副教授为论文唯一第一作者。该研究工作获国家自然科学基金、黑龙江省头雁团队原创探索基金、中国博士后创新人才支持计划等资助。


  邵路教授为国家高层次人才(特聘教授)、英国皇家化学会会士、黑龙江省杰出青年科学基金获得者、中国化工学会分子辨识分离工程专委会委员,任领域内国际权威期刊副主编(npj Clean Water)、编委(Journal of Membrane Science, Advanced Membranes)、顾问编委(ACS ES&T Engineering)等职务,连续入选中国高被引学者等榜单。


  相关论文链接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319390121 


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

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