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  日益惡化的水污染嚴重影響人類的生活和可持續發展，廢水凈化已成為人類社會關注的首要環境問題。膜分離技術是凈化復雜廢水體系最有效的策略之一。然而，嚴重的膜污染限制了它的進一步應用。近年來，光催化膜的研究為解決膜污染問題帶來了希望。但傳統的光催化膜在能量利用率、穩定性、毒性和環保等方面難以周全，嚴重制約了其應用發展。因此，人們對能量利用率高、穩定、無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濕表面，泥炭蘚已經進化出多孔超親水性葉片，可以主動將接觸的雨水潤濕到內部網絡，吸收自身重量10~25倍的水以滿足持續的生命需求，并且它分泌的泥炭酸（SA）和泥炭酚（SP）可以有效地滅活細菌（圖1 a）。

  受超親水泥炭蘚的啟發，長安大學顏錄科教授、寧波材料所陳濤研究員和清華大學王訓教授合作，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）網絡上，設計了一種超親水/水下超疏油0D/2D異質結復合膜（圖2 b-c）。獨特的分層設計可攔截污染物于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），可通過可見光輻照產生活性氧降解污染物，從而防止污染物在膜表面結垢，減少孔堵塞并延長膜的使用壽命。

圖1. 太陽光驅動的自清潔CNTs-PAA/CNMS異質結膜的制備示意圖。（a）超親水泥炭蘚結構以及殺菌示意圖，（b-c）膜的制備過程，（d）一體式廢水凈化示意圖。

  CNTs-PAA/CNMS光催化膜可以挑戰性的凈化復雜廢水。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，再采用進行過抗菌試驗的CNTs-PAA/CNMS光催化膜對含有不溶性油脂的油水乳液進行分離。最后，將太陽光驅動自清潔后的CNTs-PAA/CNMS光催化膜進一步用于凈化含有可溶性有機污染物的廢水。在連續凈化過程中，膜的形態全程保持完整，表明CNTs-PAA/CNMS光催化膜具有良好的機械穩定性。CNTs-PAA/CNMS光催化膜優異的綜合性能將使其成為凈化實際復雜廢水的一種極具潛力的材料。

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

  該工作以“Sphagnum Inspired g-C3N4 Nano/Microspheres with Smaller Bandgap in Heterojunction Membranes for Sunlight-Driven Water Purification”為題發表在Small上。文章第一作者是顏錄科教授團隊碩士研究生吉凌仝。本課題得到國家重點研究發展計劃基礎研究基金、長安大學中央高校項目、西安交通大學儀器分析中心、陜西省重點研發項目、西安市科技局科技創新人才服務企業項目的支持。

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

團隊簡介：

  長安大學綠塑創新團隊是為實現“高分子綠色再生與循環利用”的夢想而成立，旨在推動綠色高分子材料開發、廢塑料綠色再生與高值化利用等。團隊負責人為顏錄科教授，并擁有多位副教授與講師以及博士后、研究生共20余人。團隊常年招收材料、化工相關專業的博士后、博士研究生與碩士研究生，待遇執行長安大學相關標準，熱忱歡迎有志之士加盟。

團隊負責人簡介：

  顏錄科博士，長安大學材料學院高分子材料與工程系教授，博士生導師。主要研發方向為交通功能材料，特種工程塑料，聚合物基復合材料，綠色與功能高分子材料，廢塑料綠色再生與高值化利用。主持和參與包括國家自然科學基金、陜西省自然科學基金、教育部新世紀優秀人才支持計劃以及冬奧會重大工程項目等多項研究項目，并從事過多項工業界合作項目。部分研究成果發表在Small、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Journal of Membrane Science、Journal of Cleaner Production、Journal of Hazardous Materials等國際主流刊物上，申請專利20余項、授權4項、成功轉化2項。先后榮獲河南省交通運輸科學技術獎二等獎1項、陜西省國防科學技術進步三等獎2項和西安市科學技術三等獎1項。

  聯系方式：yanlk_79@hotmail.com 或 lkyan@chd.edu.cn