哈工大邵路教授团队 Nat. Sustain.:可调均孔聚合物膜实现超快净水

文摘   2024-11-21 10:59   新疆  
点击上方蓝字 一键订阅


压力驱动膜分离技术在能源效率和环境友好性方面具有明显优势,有望实现低碳水处理和可持续的能源-水系统。其中,具有高水渗透性和溶质选择性的纳滤膜材料能够有效地降低操作压力和去除污染物,这有利于实现低能耗,提高产品纯度以及降低工艺的占地面积,符合低碳可持续发展的战略目标。然而,目前的纳滤膜仍然受到水渗透性和溶质选择性之间博弈效应的限制,这主要是由于选择层中纳米孔不均一、仍然具有大范围的孔径分布,从而限制了它们在节能应用中的效率。除此之外,选择层中纳米孔的尺寸也对水渗透性和溶质选择性起着决定性的作用,但这往往在纳米孔调控过程中被忽略。因此,构建同时具有均质化纳米孔和可调孔径的聚合物纳滤膜极具挑战!

针对上述难题,邵路教授团队提出了功能基团原位耦合调控策略,利用耦合基团性质及分子间相互作用对反应单体和化学结构/尺寸进行特异靶向调节来同时控制纳米孔的均质化程度和孔径大小,合成具有均质化纳米孔和可调孔径的聚合物膜。相关研究成果以高度均质化纳米孔聚合物膜实现超快水净化Polymeric Membranes with Highly Homogenized Nanopores Enable Ultrafast Water Purification)为题发表在Nature SustainabilityNS上。

 

1可调均孔聚合物纳滤膜合成制备示意图


该工作设计了一种肉桂酸酯原位耦合介导的环氧开环聚合过程用于制备可调孔径的均质化纳米孔分离膜。膜表面的无缺陷纳米涂层表现出超高的均质性、适宜的孔尺寸、优异的稳定性和耐污染性。与对照组改性膜相比,均质化纳米孔分离膜无论是水渗透性还是溶质选择性均得到极大地提升。水渗透性提高172倍,溶质选择性提高了9%,实现了高效水净化功能。通过分子动力学模拟和三维矩阵特征值算法分析了肉桂酸酯与反应单体的相互作用机制,表现为肉桂酸酯中功能性羰基与反应单体通过氢键相互作用调控单体均匀扩散,同时通过碳基骨架原位耦合调控化学结构/尺寸。可调孔径的均质化纳米孔分离膜能够实现持续地水供给,减少膜组件及延长使用寿命,这有利于改善经济、绿色环保及节约资源。此外,该膜也能够扩展到有机溶剂净化,有望促进昂贵化学品的高效回收和循环经济。

 

2反应单体的分子动力学模拟分析图


哈工大为论文第一通讯单位,哈工大化工与化学学院博士生黄军辉为论文唯一第一作者,张艳秋副教授、邵路教授、刘少敏教授等为共同通讯作者。该研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、哈工大0-1原创探索基金等资助。


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。


相关论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41893-024-01371-1 


邵路教授主页:

http://homepage.hit.edu.cn/shaolu?lang=zh 


邵路教授长年招收优秀生源“快速响应”博士生,随时申报,每月进行一批,欢迎优秀学子联系加入“膜”法世界!具体要求:

http://yzb.hit.edu.cn/2023/0609/c8824a313710/page.htm


相关进展

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

哈工大邵路教授团队 Sci. Bull.:蛋白活化原子层沉积用于“膜”法创新

哈工大邵路教授团队 Matter:高效离子/分子分离的共价有机框架膜

哈工大邵路教授团队2023年科研成果集锦

今年第7篇顶刊 - 哈工大邵路教授团队 Angew:凝胶膜助力超高性能碳捕集

Science 之后今年第6篇顶刊 - 哈工大邵路教授团队 Adv. Mater.: 前生命化学启发的“膜”法创新

哈工大邵路教授团队 Science:“膜”法世界的冰雪奇缘 -  冰限域合成高度离子化三维准层状聚酰胺纳滤膜

哈工大邵路教授团队 Sci. Adv.:用于超快油水分离的可生物降解静电纺丝超亲水纳米纤维膜

哈工大邵路教授团队连发 Nat. Commun./Angew/Nat. Commun.:上天、入地、下海的“膜”法

哈工大邵路教授团队 Angew:精密离子分离用双机理驱动超快渗透氧化石墨烯框架膜

哈工大邵路教授团队《Nat. Commun.》: 多酚助力膜法碳捕集

哈工大邵路教授团队《Engineering》:“两面神”电荷结构高效离子分离膜

哈工大邵路教授团队《PNAS》:面向可持续碳捕集的超高MOF含量混合基质膜的生物共生系统启发合成

哈工大邵路教授团队Materials Today:特异不对称性和功能性的多孔Janus材料

哈工大邵路教授团队Science子刊:界面“分子焊接”构筑“双料”高效COFs纳滤膜

哈工大邵路教授课题组ACS AMI:MOF个头有问题?打点多巴胺!助力碳捕集!


高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享,刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@polymer.cn

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件(论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等)至info@polymer.cn,并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送,并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求,陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群,也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群,全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群,请先加审核微信号PolymerChina(或长按下方二维码),并请一定注明:高分子+姓名+单位+职称(或学位)+领域(或行业),否则不予受理,资格经过审核后入相关专业群。

这里“阅读原文”,查看更多


材料进展
‘材料进展’——承古之匠心,铸今之材料。一沙一世界,一材一乾坤,每一篇文献都是通往未来科技的桥梁。让我们共同在材料进展中,汲取智慧,启迪创新,传承文明,开创未来。
 最新文章