随着工业化的持续推进，化工企业生产规模不断扩大，水资源短缺和污染问题也日益加剧。工业废水污染物不仅危害水体环境、破坏生态平衡，还会通过食物链的富集危及人体健康，如何高效、低成本地处理工业废水已经成为全球范围内亟待解决的难题。相比于传统的蒸馏、吸附、萃取等耗能巨大的能源密集型技术，膜法分离节能环保、不会造成二次污染，为传统工业的升级转型和水资源的保护提供了可持续发展的解决方案。
近年来，基于贻贝仿生化学的多酚涂覆技术以其操作简单、易于调控、适用范围广等优点，被广泛应用于薄层复合纳滤膜的研发，但由于多酚的独特的自聚特性，其发展和应用仍受选择层厚度与多酚涂覆纳滤膜性能之间 "trade-off" 效应的限制，如何构建超薄、无缺陷、稳定、耐污染的分离膜仍然是一个巨大的挑战。基于此，哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室成员、化工与化学学院教授邵路团队开创性地设计了三元共涂覆的技术，构筑了具有高通量、高截留、优异稳定性和抗污染性能的超薄 pDA/PEI/TMT 涂层纳滤膜(~33 nm)。
▲ | 图 1. 利用 CB/COB 竞争反应制备超薄三元共涂覆膜的过程。 |
第一过渡系金属离子(TMI)可通过杂化轨道接受电子与多酚涂层(PPh)和氨基物质(AS)之间形成较强的配位键(COB)，与此同时多酚类物质又能够与氨基化物质发生迈克尔加成/席夫碱反应而生成共价键(CB)，该策略通过共价键与配位键之间的竞争巧妙地调控选择层的构筑，从而获得了超高通量的三元共涂覆纳滤分离膜，其对溴百里酚蓝(BTB)和刚果红(CR)完全截留，且渗透通量分别高达 114 L m-2 h-1 bar-1 和 104 L m-2 h-1 bar-1，是市面上商用膜的 ~10 倍。此外，制得的超薄涂层纳滤膜在酸碱环境下性能稳定、抗污染能力也很优异，具有巨大的工业应用价值，为高效分离超薄纳滤膜的制备和研究提供了新思路。该研究成果作为封面发表在 Journal of Materials Chemistry A 杂志上，第一作者为博士生张艳秋。
图 2. a) pDA/PEI/Co2+ 三元共涂覆纳滤膜对不同染料的分离性能; b) pDA/PEI/Co2+ 膜的长期稳定性测试以及对于c) 不同盐的分离性能; d) pDA/PEI/Co2+ 膜对染料/盐混合液的分离性能; e) pDA/PEI/Co2+ 膜的BSA/HA抗污性能; f) 酸碱处理对 pDA/PEI/Co2+ 膜性能的影响；pDA/PEI/Co2+ 三元共涂覆纳滤膜经 NaOH(0.05 M) 和 HCl(0.05 M)处理后的 SEM(g, h)和 AFM(i, j) 图。 |
论文信息
Ultra-thin trinity coating enabled by competitive reactions for unparalleled molecular separation
Yanqiu Zhang, Jun Ma and Lu Shao*（邵路，哈尔滨工业大学）
J. Mater. Chem. A, 2020
http://dx.doi.org/10.1039/C9TA12670H
论文通讯作者
邵路 教授
2020 年入选英国皇家化学会会士。近 20 年来一直从事膜材料与膜分离相关领域研究，取得了一系列高水平研究成果，发表 SCI 论文 120 余篇，作为通讯作者在 RSC 旗舰期刊《能源环境科学》（Energy & Environmental Science）、Cell 姐妹刊《物质》(MATTER)、Elsevier 旗舰期刊《今日材料》（Materials Today）、《材料科学进展》（Progress in Materials Science）、《聚合物科学进展》（Progress in Polymer Science）、Nature 子刊《自然 通讯》（Nature Communications）、《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）、《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）等顶级期刊上发表了系列高水平论文，包括 5 篇 ESI 热点论文和 20 篇 ESI 高被引论文。所发文章被 SCI 引用 4700 余次，高因子（H-index）=41。任 Springer-Nature 出版社新期刊Advanced Composites and Hybrid Materials 副主编（Associate Editor）; 任Advances in Polymer Technology 期刊学术主编（Academic Editor）。获得 2019 年 Publons 评选的全球优秀审稿人奖和英国皇家化学会评选的全球前 1% 中国高被引学者（材料类）。
本报道作者
杨帆
哈尔滨工业大学化工与化学学院研究生
注：本新闻为 RSC “宅家读文献，分享赢奖励” 活动参赛作品，感谢稿件作者同意 RSC China 微信官方公众号对外发布。
期刊介绍
Materials with applications in energy & sustainability
Journal of Materials Chemistry A
rsc.li/materials-a
Publishing frequency: 48 issues per year
Time to first decision: 25 days **
IF: 10.733 *
Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是，Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用，Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用，Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。
Editor-in-Chief
Anders Hagfeldt
瑞士洛桑联邦理工学院
Associate editors
|
|
津公网安备 12010102000028号
本站推荐IE8.0及以上浏览器1024×768以上分辨率浏览
