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第一作者：Xin-Yu Guo
通讯作者：徐志康，张超，杨皓程
通讯单位：浙江大学
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq6329
摘要
在处理含表面活性剂稳定的乳液时，现有的分离技术难以同时回收油和水，以达到近零液体排放的目标。本研究提出了一种Janus通道膜（JCM），它由一对亲水和疏水膜构成的受限结构，能够高效地从含表面活性剂的乳液中同时回收油和水。JCM通过反馈循环增强膜对之间的相互作用，实现了油和水的回收率分别高达97%和75%，且纯度接近99.9%。此外，JCM对多种乳液的处理展示了其广泛的适用性，有望实现一系列分离过程中的近零液体排放。
研究成果
本研究成功设计并制造了一种Janus通道膜（JCM），该膜由亲水膜和疏水膜构成的狭窄通道，能够有效地从乳液中分离油和水。通过调整通道宽度至几毫米，JCM显著增强了乳液在通道内的局部富集和碰撞，从而大幅提高了油水分离的效率。实验结果表明，JCM在处理油包水和水包油乳液时均表现出色，能够处理多种油类和表面活性剂。此外，JCM的设计概念有望扩展到传统膜材料和空间膜配置之外。
论文亮点
1.创新的Janus通道设计：JCM通过结合亲水和疏水膜的特性，实现了油水的同时回收，这是传统单一膜过程无法实现的。
2.高效的分离性能：JCM实现了高达97%的油回收率和75%的水回收率，且回收的油水纯度均超过99.9%。
3.广泛的适用性：JCM能够处理包括高粘度油和不同表面活性剂稳定的乳液，展示了其在多种分离场景中的应用潜力。
4.近零液体排放：JCM的设计有望实现工业过程中的近零液体排放，对环境保护和资源回收具有重要意义。
图文导读
图1：JCM的设计，水包油乳液分离过程中不同宽度的JCM示意图。
图2：JCM宽度的影响及其潜在的机制。
图3：JCM、UBC和UIC的对比。
图4：在JCM中的反馈回路。
图5：JCM的适用性评估。
结论
Janus通道膜（JCM）通过其独特的设计，实现了从含表面活性剂的乳液中同时高效回收油和水，为近零液体排放提供了一种新的解决方案。JCM的设计不仅提高了分离效率，而且拓宽了膜技术在处理复杂乳液中的应用范围。
作者简介
徐志康，理学博士，求是特聘教授，博士生导师，获评国家杰出青年基金、全国优秀科技工作者和国务院特殊津贴，1981年9月至1991年5月就读于浙江大学化学系高分子化学和物理专业，1991年8月留校任教至今。长期主讲“高聚物结构分析方法”、“高分子化学(甲)”和“大学写作•自然”等课程，同时践行C6H6理念高质量培养博士研究生45名和硕士研究生40名，获评浙江大学第五届“三育人”先进个人、第十一届“三育人”标兵、第十届研究生“五好”导学团队和浙江省“三育人”岗位建功活动先进个人。率先提出和长期实践“高聚物分离膜材料及其表界面工程”学术理念，致力于微滤 - 超滤 - 纳滤 - 反渗透全链条水处理分离膜材料的创新发展，相关成就获国内外同行高度认可，形成了广泛的学术影响力。2006年起相继获国家自然科学基金委杰出青年基金、全国优秀科技工作者、国务院特殊津贴等荣誉，并获国家科技进步二等奖、浙江省自然科学一等奖、教育部自然科学二等奖等5项成果奖励。迄今发表SCI收录学术论文430余篇，他引21000余次，个人H因子81，连续8年入选Elsevier中国高被引学者。应邀出版《高分子膜材料》和“Surface Engineering of Polymer Membranes”，英文专著获邀赠送给美国国会图书馆；应邀为中国材料研究学会组织的“中国战略性新兴产业 - 新材料”编著《高性能分离膜材料》。获授权发明专利80余项，3种分离膜材料实现产业化。现兼任浙江省第十四届人大常委、农工民主党浙江省副主委、浙江省材料类教指委主任、浙江省化学会副理事长、浙江省膜学会副理事长、国内外著名期刊J. Membr. Sci./Research/高分子学报编委，曾任浙江大学高分子科学与工程学系系主任(2008年12月-2017年8月)和浙江大学工学部副主任(2017年10月-2022年7月)。
张超，浙江大学百人计划研究员，博士生导师，国家高层次青年人才。2009年起就读于华中科技大学化学与化工学院， 2013年获理学学士学位，同年保送浙江大学高分子科学与工程学系攻读博士学位， 师从徐志康教授， 期间赴加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授课题组联合培养， 2018年获浙江大学理学博士学位。2018年至2022年在香港城市大学王钻开教授课题组从事博士后研究。2023年1月入职浙江大学高分子科学与工程学系。
杨皓程，博士，浙江大学“百人计划”研究员，1990年生，2008年考入浙江大学竺可桢学院/高分子科学与工程学系学习，2012年获工学学士学位并继续攻读博士学位，师从徐志康教授，期间赴澳大利亚新南威尔士大学Vicki Chen院士课题组联合培养，2014-2016连续三年获博士生国家奖学金，2015年获浙江省化学会创新奖，2017年获理学博士学位，同年8月赴美国阿贡国家实验室Seth Darling博士课题组开展博士后研究，2018年获阿贡国家实验室杰出博士后奖——应用研究奖，2018年9月入职中山大学化学工程与技术学院，任副教授，2022年12月起任职浙江大学高分子科学与工程学系“百人计划”研究员。兼任Wiley期刊Adv. Energy Sustain. Res.国际顾问编委，Elsevier期刊Sustain. Horizons编委，中国工程院期刊FCSE青年编委，RSC期刊Mol. Syst. Des. Eng.、Springer-Nature期刊Communications Materials客座编辑等。
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