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哈工大邵路教授團(tuán)隊(duì) PNAS：鰲合導(dǎo)向界面礦化制備原位自清潔膜
2024-03-06  來(lái)源：高分子科技

  壓力驅(qū)動(dòng)膜分離有望實(shí)現(xiàn)低碳水處理和可持續(xù)的能源-水系統(tǒng)。然而，傳統(tǒng)的膜工藝受到普遍存在的膜污染以及隨之而來(lái)的高成本高耗能的清洗再生局限性。集成活性納米催化材料的自清潔抗污染膜將會(huì)給這一領(lǐng)域帶來(lái)突破。然而常規(guī)制備條件較為苛刻，而且沉積的涂層容易堵塞膜孔降低膜滲透通量。因此如何溫和可控地在膜表界面構(gòu)筑具有催化自清潔功能的超薄納米涂層面臨巨大挑戰(zhàn)。



  針對(duì)上述難題，邵路教授團(tuán)隊(duì)提出了螯合導(dǎo)向界面礦化策略，利用金屬-多酚離子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的鰲合作用去錨定和溫和介導(dǎo)礦物前驅(qū)體的可控礦化生長(zhǎng)，在惰性聚合物膜界面構(gòu)建具有催化自清潔功能的超薄納米涂層。相關(guān)研究成果以“鰲合導(dǎo)向界面工程制備原位自清潔膜”（Chelation-directed interface engineering of in-place self-cleaning membranes）為題發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences（PNAS）上。 


圖1、鰲合導(dǎo)向界面礦化改性膜的掃描電鏡圖、EDS掃描圖和TEM圖


  該工作設(shè)計(jì)了一種金屬多酚網(wǎng)絡(luò)螯合介導(dǎo)的氧化錳礦化用于制備超親水催化自清潔膜。膜界面的高度極化礦化納米涂層表現(xiàn)出超低的原油粘附力、可循環(huán)的水包油乳液分離性能和高效的原位自清潔能力。與對(duì)照組改性膜和簡(jiǎn)單的水力清潔相比，納米礦化改性膜在原位催化自清潔再生性能方面表現(xiàn)出極大的提升。自清潔膜的通量恢復(fù)率和油截留率均超過(guò)99.9%。通過(guò)密度泛函理論計(jì)算和多重波函數(shù)分析揭示了特征性多酚結(jié)構(gòu)的離子鰲合作用方式及相對(duì)強(qiáng)度，表現(xiàn)為圍繞缺電子Mn核的富電子鈴鐺形結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的礦化改性膜能夠承受苛刻的酸堿鹽處理，有望處理各種復(fù)雜的油水溶液體系，而且在材料科學(xué)、催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。 


圖2、多酚側(cè)基與離子鰲合作用的密度泛函理論計(jì)算和多重波函數(shù)分析圖


  哈工大為論文第一通訊單位，哈工大化工與化學(xué)學(xué)院楊曉彬副教授為論文唯一第一作者。該研究工作獲國(guó)家自然科學(xué)基金、黑龍江省頭雁團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)探索基金、中國(guó)博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等資助。


  邵路教授為國(guó)家高層次人才（特聘教授）、英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、黑龍江省杰出青年科學(xué)基金獲得者、中國(guó)化工學(xué)會(huì)分子辨識(shí)分離工程專委會(huì)委員，任領(lǐng)域內(nèi)國(guó)際權(quán)威期刊副主編（npj Clean Water）、編委（Journal of Membrane Science, Advanced Membranes）、顧問(wèn)編委（ACS ES&T Engineering）等職務(wù)，連續(xù)入選“中國(guó)高被引學(xué)者”等榜單。


  相關(guān)論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319390121 


  邵路教授主頁(yè)：http://homepage.hit.edu.cn/shaolu?lang=zh 

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  邵路教授最近招收2024年春季申請(qǐng)考核博士生！具體要求：https://yzb.hit.edu.cn/2024/0303/c8824a338921/page.htm

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