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  日益惡化的水污染嚴(yán)重影響人類的生活和可持續(xù)發(fā)展，廢水凈化已成為人類社會(huì)關(guān)注的首要環(huán)境問(wèn)題。膜分離技術(shù)是凈化復(fù)雜廢水體系最有效的策略之一。然而，嚴(yán)重的膜污染限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。近年來(lái)，光催化膜的研究為解決膜污染問(wèn)題帶來(lái)了希望。但傳統(tǒng)的光催化膜在能量利用率、穩(wěn)定性、毒性和環(huán)保等方面難以周全，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用發(fā)展。因此，人們對(duì)能量利用率高、穩(wěn)定、無(wú)毒的光催化膜仍保持期待。

  作為自然界提供的一種生物多功能超潤(rùn)濕表面，泥炭蘚已經(jīng)進(jìn)化出多孔超親水性葉片，可以主動(dòng)將接觸的雨水潤(rùn)濕到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，吸收自身重量10~25倍的水以滿足持續(xù)的生命需求，并且它分泌的泥炭酸（SA）和泥炭酚（SP）可以有效地滅活細(xì)菌（圖1 a）。

  受超親水泥炭蘚的啟發(fā)，長(zhǎng)安大學(xué)顏錄科教授、寧波材料所陳濤研究員和清華大學(xué)王訓(xùn)教授合作，基于氫鍵作用將表面粗糙的石墨氮化碳納米/微球（CNMS）沉積在聚丙烯酸功能化的碳納米管（CNTs-PAA）網(wǎng)絡(luò)上，設(shè)計(jì)了一種超親水/水下超疏油0D/2D異質(zhì)結(jié)復(fù)合膜（圖2 b-c）。獨(dú)特的分層設(shè)計(jì)可攔截污染物于CNTs-PAA層之外并保留在CNMS之間，使污染物與CNMS完全接觸。此外，相較于傳統(tǒng)的g-C₃N₄基濾膜，CNTs-PAA/CNMS光催化膜具有更小的帶隙（1.77 eV），可通過(guò)可見光輻照產(chǎn)生活性氧降解污染物，從而防止污染物在膜表面結(jié)垢，減少孔堵塞并延長(zhǎng)膜的使用壽命。

圖1. 太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的自清潔CNTs-PAA/CNMS異質(zhì)結(jié)膜的制備示意圖。（a）超親水泥炭蘚結(jié)構(gòu)以及殺菌示意圖，（b-c）膜的制備過(guò)程，（d）一體式廢水凈化示意圖。

  CNTs-PAA/CNMS光催化膜可以挑戰(zhàn)性的凈化復(fù)雜廢水。首先，采用CNTs-PAA/CNMS光催化膜凈化含有病原體微生物的廢水。之后，再采用進(jìn)行過(guò)抗菌試驗(yàn)的CNTs-PAA/CNMS光催化膜對(duì)含有不溶性油脂的油水乳液進(jìn)行分離。最后，將太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)自清潔后的CNTs-PAA/CNMS光催化膜進(jìn)一步用于凈化含有可溶性有機(jī)污染物的廢水。在連續(xù)凈化過(guò)程中，膜的形態(tài)全程保持完整，表明CNTs-PAA/CNMS光催化膜具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。CNTs-PAA/CNMS光催化膜優(yōu)異的綜合性能將使其成為凈化實(shí)際復(fù)雜廢水的一種極具潛力的材料。

圖2. 一體式連續(xù)水凈化示意圖。（a）一體式凈化流程示意圖，（b）一體式凈化過(guò)程膜的宏觀形貌變化，（c）一體式連續(xù)凈化過(guò)程。

  該工作以“Sphagnum Inspired g-C3N4 Nano/Microspheres with Smaller Bandgap in Heterojunction Membranes for Sunlight-Driven Water Purification”為題發(fā)表在Small上。文章第一作者是顏錄科教授團(tuán)隊(duì)碩士研究生吉凌仝。本課題得到國(guó)家重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃基礎(chǔ)研究基金、長(zhǎng)安大學(xué)中央高校項(xiàng)目、西安交通大學(xué)儀器分析中心、陜西省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、西安市科技局科技創(chuàng)新人才服務(wù)企業(yè)項(xiàng)目的支持。

  原文鏈接： https://doi.org/10.1002/smll.202007122

團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介：

  長(zhǎng)安大學(xué)綠塑創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)是為實(shí)現(xiàn)“高分子綠色再生與循環(huán)利用”的夢(mèng)想而成立，旨在推動(dòng)綠色高分子材料開發(fā)、廢塑料綠色再生與高值化利用等。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人為顏錄科教授，并擁有多位副教授與講師以及博士后、研究生共20余人。團(tuán)隊(duì)常年招收材料、化工相關(guān)專業(yè)的博士后、博士研究生與碩士研究生，待遇執(zhí)行長(zhǎng)安大學(xué)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，熱忱歡迎有志之士加盟。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人簡(jiǎn)介：

  顏錄科博士，長(zhǎng)安大學(xué)材料學(xué)院高分子材料與工程系教授，博士生導(dǎo)師。主要研發(fā)方向?yàn)榻煌üδ懿牧�，特種工程塑料，聚合物基復(fù)合材料，綠色與功能高分子材料，廢塑料綠色再生與高值化利用。主持和參與包括國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基金、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃以及冬奧會(huì)重大工程項(xiàng)目等多項(xiàng)研究項(xiàng)目，并從事過(guò)多項(xiàng)工業(yè)界合作項(xiàng)目。部分研究成果發(fā)表在Small、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Journal of Membrane Science、Journal of Cleaner Production、Journal of Hazardous Materials等國(guó)際主流刊物上，申請(qǐng)專利20余項(xiàng)、授權(quán)4項(xiàng)、成功轉(zhuǎn)化2項(xiàng)。先后榮獲河南省交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、陜西省國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)2項(xiàng)和西安市科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

  聯(lián)系方式：yanlk_79@hotmail.com 或 lkyan@chd.edu.cn